Истинное расстояние R определяется решением системы уравнений по результатам измерения

Uh i = + Ai = + W/i.

В идеальной среде (сГс=0) нижний предел погрешности Ст/ соответствует потенциальной точности измерения, которая реализуется при оптимальном построении измерителя:

Поскольку R = М@, где 0 - измеряемый параметр сигнала, а М -масштабный коэффициент, зависящий от метода измерений параметра,

a,jR = a/Q>ia/Q) ,

где {а-@/&)п(гт ~ потенциальная точность измерения параметра© (фазы, частоты или времени запаздывания).

Таким образом, основными составляющими ошибки измерения дальности являются ошибка за счет изменения условий распространения о рд р с7., флуктуационная ошибка сг ~(фп аппаратурные погрешности а, .

Кроме того, при измерении Гц приходится учитывать и другие составляющие погрешности измерения, например, а, - из-за перемещения центра отражения цели; а, - динамическая погрешность, возникающая при движении цели (сильно сказывающаяся в автодальномерах); /1ст ~ методическая погрешность, зависящая от метода измерения.

Следовательно, при независимости составляющих погрешностей суммарная погрешность

Существует три основных метода измерения времени запаздывания: фазовый, когда измеряется набег фазы за время запаздывания; частотный, когда измеряется разность частот зондирующего и отраженного сигналов за время запаздывания, и импульсный, непосредственно измеряющий время запаздывания отраженного сигнала. Эти методы используются в фазовых, частотных и импульсных радиодальномерах.

10.1. Фазовые радиодальномеры

Принцип действия фазового радиодальномера (РД). Простейший фазовый РД (рис. 10.1) измеряет дальность на несущей частоте Юо (переключатели П в положении /). Сигнал генератора масштабной частоты (ГМЧ) (Пм=а)о) усиливается в усилителе радиочастоты (УРЧ). Зондирующий сигнал является непрерывным гармоническим колебанием и имеет вид

Щ(0 = Л СОЗф, = 11, СО8(Пм + Ф01)

а отраженный сигнал

2(0 = ,2 СОЗфг = и ,2 COS[n (г - /л) + Ф01 +Фап +Ф(гф] .

где и ,[,и ,2 - амплитуды сигналов; фь фг - их мгновенные фазы; фо1 -начальная фаза; фап - сдвиг фаз в аппаратуре радиодальномера; фотр-изменение фазы при отражении сигнала от объекта.

Фазометр ИФ определяет разность фаз фд опорного (зондирующего) и отраженного сигналов:

Фд =Ф -Ф2 =мО;-фап-фагр .

откуда

/г = о,5с(фд+ф, +ф )а-

(10.1)

Фазовый сдвиг фап можно исключить из (10.1) при калибровке РД, когда часть сигнала с выхода УРЧ подается на вход приемника Прм, а ИФ измеряет Фд = Фап Изменение )азы при отражении сигнала фотр сильно влияет на точность, так как при отражении от металлов и диэлектриков фот, меняется на 180°. Поэтому обычно выбирают Q <<Уо и работают в режиме модуляции сигнала ГРЧ по какому-либо параметру сигналом генератора масштабной частоты (ГМЧ) (переключатели П в положении 2). В этом случае величиной фотр в (10.1) можно пренебречь, при этом основное уравнение фазового РД примет вид

Рис. 10.1. Структурная схема фазового радиодальномера

/? = (с/2П,)фд=Мфд, (10.2)

где М = с/2П = Я /4л- - масштабный коэффициент (Л = с/F).

Неприятной особенностью фазового РД является влияние просачивающегося на вход приемника зондирующего сигнала м с, который, складываясь векторно с отраженным Мг, образует суммарный сигнал с мгновенной фазой

т2 5 1ф2+/ , с8тф , 1

и ,2 С08ф2+/ ,п,С08ф ,]

Просачивание происходит за счет связи по боковым лепесткам ДНА. Поскольку и , mi J то ф£ --фпо. не несущей информации о дальности. Для уменьшения влияния просачивающегося сигнала применяют пространственный разнос приемной и передающей антенн или переходят к системам с активным ответом и трансформацией частоты в ответчике.

Другой особенностью ФД является возможность многозначного отсчета дальности, когда одному измеренному ИФ значению фд соответствует несколько значений R, отличающихся, как следует из (10.2), на А:Д /2, где А: = 1, 2,... . Причина многозначности в том, что из-за цикличности фазы ИФ выдает один и тот же результат фл при фд+А: 2л. Во избежание этого явления необходимо выполнение условия однозначности отсчета фазы фд, ах =м/< ,.чх - Отсюда - условие для выбора масштабной частоты

Точность измерения дальности. Из (10.2) следует АЯ/7? = АЛ Л/ + Афд/фд или (при независимости АЛ/и Афд)

- , 12 2ч1/2

где и с7 - дисперсии изменения масштабного коэффициента и измерения фазы соответственно.

Составляющая устраняется при постоянстве масштабного коэффициента, что достигается стабилизацией масштабной частоты (например, применением ГМЧ с кварцевой стабилизацией), при которой Q = const на интервале измерения Тогда a,f = Ма, откуда следует,

что для повышения точности РД нужно уменьшить М, т.е. увеличить масштабную частоту Q .