close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2334995

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 334 995
(13)
C1
(51) МПК
G01S 13/58
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2007119997/09, 29.05.2007
(72) Автор(ы):
Варин Александр Петрович (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
29.05.2007
(73) Патентообладатель(и):
Открытое акционерное общество "Концерн
"Созвездие" (RU)
(45) Опубликовано: 27.09.2008 Бюл. № 27
R U
Адрес дл переписки:
394018, г.Воронеж, ул. Плехановска , 14, ОАО
"Концерн "Созвездие"
2 3 3 4 9 9 5
гармонических
колебаний,
два
усилител ,
генератор, управл емый напр жением, два
полосовых фильтра, блок управлени , два
амплитудных детектора,
генератор тактовых
импульсов, управл емый ключ, вычитающее
устройство, усилитель-ограничитель,
дифференцирующее
звено,
формирователь
импульсов, определенным образом соединенные
между собой дл достижени указанного
технического результата. 5 ил.
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к радиотехнике, в
частности к устройствам измерени путевой
скорости с использованием эффекта Доплера.
Достигаемый технический результат - повышение
точности измерени путевой скорости. Это
достигаетс за счет того, что за вленное
устройство
содержит
две
антенны,
два
циркул тора, два направленных ответвител ,
четыре смесител , генератор непрерывных
Страница: 1
RU
C 1
C 1
(54) ДОПЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПУТЕВОЙ СКОРОСТИ
2 3 3 4 9 9 5
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: ФИНКЕЛЬШТЕЙН М.И. Основы
радиолокации. - М.: Сов. Радио, 1973, с.86.
RU 1807429 А1, 07.04.1993. RU 871641 А1,
30.09.1992. RU 1204044 А1, 30.09.1992. RU
2083998 С1, 10.07.1997. US 7119732 В1,
10.10.2006. US 6147638 А, 14.11.2000. WO
2005050240 А2, 02.06.2005.
C 1
C 1
2 3 3 4 9 9 5
2 3 3 4 9 9 5
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 334 995
(13)
C1
(51) Int. Cl.
G01S 13/58
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2007119997/09, 29.05.2007
(72) Inventor(s):
Varin Aleksandr Petrovich (RU)
(24) Effective date for property rights: 29.05.2007
(73) Proprietor(s):
Otkrytoe aktsionernoe obshchestvo "Kontsern
"Sozvezdie" (RU)
(45) Date of publication: 27.09.2008 Bull. 27
R U
Mail address:
394018, g.Voronezh, ul. Plekhanovskaja, 14,
OAO "Kontsern "Sozvezdie"
C 1
R U
2 3 3 4 9 9 5
connected between each other in a certain manner
for achievement of technical result.
EFFECT: increase of absolute speed measurement
accuracy.
5 dwg
Страница: 3
EN
C 1
(57) Abstract:
FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention is related to radio
engineering,
in
particular,
to
devices
of
absolute speed measurement with application of
Doppler effect. Device contains two antennas, two
circulators, two directed couplers, four mixers,
generator of continuous harmonic oscillations,
two amplifiers, generator controlled by voltage,
two band filters, control unit, two amplitude
detectors, clock pulse generator, slave key,
subtracting
device,
clipper
amplifier,
differentiating element, pulse shaper, which are
2 3 3 4 9 9 5
(54) DOPPLER METER OF ABSOLUTE SPEED
RU 2 334 995 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к радиотехнике, в частности к устройствам измерени путевой
скорости с использованием эффекта Доплера.
Известно устройство дл измерени скорости наземного объекта (патент РФ №2052833
от 10.07.78 г., G01S 13/58), содержащее две антенны, сумматор, блок генератора и
детектора и измеритель частоты, причем выходы антенн подключены к соответствующим
входам сумматора, выход которого соединен с входом блока генератора и детектора,
входы антенн подключены к генераторным выходам блока генератора и детектора,
детекторный выход которого соединен с входом измерител частоты, выход которого
вл етс выходом устройства. С целью компенсации вли ни угловых эволюций корпуса
объекта лучи антенн разведены в противоположные стороны относительно продольной оси
объекта на некоторый угол. За счет этого компенсируютс ошибки измерени скорости,
св занные с изменением курсового угла объекта в процессе движени (поворотами).
Однако ошибки, обусловленные широкой полосой принимаемого доплеровского сигнала
при ненулевой ширине диаграммы направленности антенн, данным техническим решением
не устран ютс .
Известен радиолокационный измеритель скорости дл железнодорожного транспорта
(а.с. №1341594, G01S 13/58 от 08.09.85 г.), содержащий генератор непрерывных СВЧколебаний, направленный ответвитель, циркул тор, смеситель, усилитель доплеровского
сигнала, антенну, а также фазовращатель и формирователь импульса строба, в котором
дл повышени точности измерений используетс управление фазой опорного сигнала
таким образом, чтобы уменьшить уровень флюктуаций амплитуды принимаемого сигнала и
тем самым увеличить его энергию. Данное устройство также не устран ет ошибки
измерени , обусловленные фактическим приемом достаточно широкого спектра
доплеровского сигнала, а не единственной гармоники при использовании антенны с
относительно широкой диаграммой направленности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс доплеровский
измеритель путевой скорости, описанный в книге М.И.Финкельштейн. Основы
радиолокации. М., Сов. Радио, 1973, с.86, прин тый за прототип.
На фиг.2 представлена схема устройства-прототипа, где обозначено: 1 - антенна; 2 циркул тор; 3 - направленный ответвитель; 4 - смеситель; 5 - генератор непрерывных
гармонических колебаний; 6 - усилитель доплеровских частот.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные антенну 1, циркул тор 2,
смеситель 4 и усилитель доплеровских частот 6, выход которого вл етс выходом
устройства, а также последовательно соединенные генератор непрерывных гармонических
колебаний 5 и направленный ответвитель 3, первый выход которого соединен со вторым
входом циркул тора 2, кроме того, второй выход направленного ответвител подсоединен
ко второму входу смесител 4.
Устройство-прототип работает следующим образом. Сигнал, вырабатываемый
генератором непрерывных гармонических колебаний 5, через направленный ответвитель 3
и циркул тор 2 поступает в антенну 1 и излучаетс в сторону подстилающей поверхности.
Часть мощности данного сигнала в направленном ответвителе 3 отбираетс и
направл етс на второй вход смесител 4 в качестве гетеродинного напр жени . Сигнал,
отраженный от подстилающей поверхности, смещенный на частоту Доплера относительно
частоты излучаемого сигнала, принимаетс антенной 1 и через циркул тор 2 поступает на
первый вход смесител 4. На выходе смесител 4 выдел етс сигнал с частотой Доплера,
который усиливаетс усилителем доплеровских частот 6, выход которого вл етс выходом устройства. Путева скорость определ етс путем измерени частоты выходного
сигнала частотомером, отградуированным в единицах скорости.
Недостатком устройства-прототипа вл ютс значительные ошибки измерени путевой
скорости, обусловленные тем, что при облучении подстилающей поверхности
непрерывным гармоническим сигналом, излучаемым антенной, луч которой ориентирован
под углом к направлению движени (вектор скорости) и имеет ширину ?, отраженный
сигнал содержит не одну гармоническую составл ющую, смещенную на частоту Доплера
Страница: 4
DE
RU 2 334 995 C1
относительно частоты излучаемого сигнала, а имеет сплошной спектр шириной (см. фиг.1)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
где ? - движени объекта;
с - скорость света;
f0 - частота излучаемого сигнала;
? - ширина главного лепестка диаграммы направленности антенны, которую полагаем
малой;
- отклонение максимума главного лепестка диаграммы направленности антенны от
горизонтального направлени .
Из выражени (1) следует, что уменьшить ошибку измерени доплеровской частоты и
путевой скорости можно путем уменьшени ширины главного лепестка диаграммы
направленности антенны (ДНА), однако этот способ требует значительного увеличени размеров антенны, что затрудн ет практическую эксплуатацию такого устройства.
Целью предлагаемого изобретени вл етс увеличение точности измерени путевой
скорости доплеровским измерителем.
Дл устранени указанных недостатков в доплеровский измеритель путевой скорости,
содержащий последовательно соединенные первую антенну, первый циркул тор, первый
смеситель и первый усилитель доплеровских частот, а также последовательно
соединенные генератор непрерывных гармонических колебаний и первый направленный
ответвитель, первый выход которого соединен со вторым входом первого циркул тора,
второй выход первого направленного ответвител соединен со вторым входом первого
смесител , согласно изобретению введены последовательно соединенные втора антенна,
второй циркул тор, второй смеситель, второй усилитель доплеровских частот, четвертый
смеситель, второй полосовой фильтр и второй амплитудный детектор, а также
последовательно соединенные третий смеситель, первый полосовой фильтр и первый
амплитудный детектор, выход которого соединен с первым входом вычитающего
устройства, второй вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора,
причем выход вычитающего устройства через последовательно соединенные усилительограничитель, дифференцирующее звено и формирователь импульсов подключен к
управл ющему входу управл емого ключа, кроме того, последовательно соединенные
генератор тактовых импульсов, блок управлени , представл ющий собой генератор
пилообразного напр жени , и генератор, управл емый напр жением, частота которого
линейно измен етс в пределах возможного изменени доплеровских частот по
пилообразному закону, выход генератора, управл емого напр жением, соединен со
вторыми входами третьего и четвертого смесителей, а также второй направленный
ответвитель, вход которого соединен с выходом генератора непрерывных гармонических
колебаний, первый выход второго направленного ответвител соединен со вторым входом
второго циркул тора, а второй выход второго направленного ответвител соединен со
вторым входом второго смесител , при этом выход первого усилител доплеровских частот
соединен с первым входом третьего смесител , выход указанного блока управлени соединен с сигнальным входом управл емого ключа, выход которого вл етс выходом
устройства, причем амплитуда импульса напр жени на выходе управл емого ключа
пропорциональна доплеровской частоте, котора пропорциональна путевой скорости
объекта, кроме того, оси первой и второй приемных антенн в вертикальной плоскости
разведены на угол, равный ширине главного лепестка их диаграммы направленности по
уровню половинной мощности.
Функциональна схема предлагаемого устройства приведена на фиг.4, где обозначено:
1, 7 - перва и втора антенны; 2, 9 - первый и второй циркул торы; 3, 8 - первый и
второй направленные ответвители; 4, 10, 12, 14 - первый-четвертый смесители; 5 генератор непрерывных гармонических колебаний; 6, 11 - первый и второй усилители;
13 - генератор, управл емый напр жением; 15, 17 - первый и второй полосовые фильтры;
16 - блок управлени ; 18, 20 - первый и второй амплитудные детекторы (АД); 19 Страница: 5
RU 2 334 995 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
генератор тактовых импульсов; 21 - управл емый ключ; 22 - вычитающее устройство; 23 усилитель-ограничитель; 24 - дифференцирующее звено; 25 - формирователь импульсов.
Предлагаемое устройство содержит два идентичных канала, первый из которых состоит
из последовательно соединенных первой антенны 1, первого циркул тора 2, первого
смесител 4, первого усилител доплеровских частот 6, третьего смесител 12, первого
полосового фильтра 15 и первого амплитудного детектора 18, а второй канал состоит из
последовательно соединенных второй антенны 7, второго циркул тора 9, второго
смесител 10, второго усилител доплеровских частот 11, четвертого смесител 14,
второго полосового фильтра 17 и второго амплитудного детектора 20. Кроме того,
устройство содержит генератор непрерывных гармонических колебаний 5, выход которого
соединен с входом первого циркул тора 2 через первый направленный ответвитель 3 и с
входом второго циркул тора 9 через второй направленный ответвитель 8, вторые выходы
направленных ответвителей 3 и 8 соединены со вторыми входами первого 4 и второго 10
смесителей соответственно. Выход генератора тактовых импульсов 19 подключен к входу
блока управлени 16, выход которого соединен с входом генератора, управл емого
напр жением 13 и сигнальным входом управл емого ключа 21, выход которого вл етс выходом устройства. Выход генератора, управл емого напр жением 13, соединен со
вторыми входами третьего 12 и четвертого 14 смесителей. Выходы первого 18 и второго
20 амплитудных детекторов подключены к соответствующим входам вычитающего
устройства 22, выход которого подключен к входу усилител -ограничител 23, выход
которого через последовательно соединенные дифференцирующее звено 24 и
формирователь импульсов 25 соединен с управл ющим входом управл емого ключа 21.
Устройство работает следующим образом. Гармонический сигнал, вырабатываемый
генератором 5, через первый 3 и второй 8 направленные ответвители поступает в первый
2 и второй 9 циркул торы и излучаетс в сторону подстилающей поверхности первой 1 и
второй 7 антенн соответственно. Одновременно часть сигнала, вырабатываемого
генератором 5, в направленных ответвител х отбираетс , и со второго выхода первого
направленного ответвител 3 подаетс на второй вход первого смесител 4, а со второго
выхода второго направленного ответвител 8 подаетс на второй вход второго смесител 10, выполн в первом 4 и втором 10 смесител х роль гетеродинного напр жени .
Сигналы, отраженные от подстилающей поверхности, имеющие в результате движени объекта доплеровский сдвиг частоты, принимаютс антеннами 1 и 7 и, пройд через
циркул торы 2 и 9, поступают на первые входы первого 4 и второго 10 смесителей
соответственно. На выходах смесителей выдел етс напр жение разностной частоты,
котора соответствует доплеровской частоте сигнала, принимаемого первой 1 и второй 7
антеннами соответственно. Поскольку оси антенн 1 и 7 в вертикальной плоскости
разведены на угол, равный ширине главного лепестка ДНА по уровню половинной
мощности, то доплеровские спектры сигналов, выдел емых на выходах первого 4 и второго
10 смесителей не совпадают, но пересекаютс (см. фиг.3), причем их средние частоты,
соответствующие направлени м максимумов диаграмм направленности первой 1 и второй
7 антенн, равны (см. фиг.1) соответственно:
где f?1, f?2 - средние частоты доплеровских спектров на выходе первого и второго
смесителей;
_
угловое отклонение максимума главного луча первой и второй антенны от
горизонтального направлени .
Сигналы с выхода первого 4 и второго 10 смесителей усиливаютс в первом 6 и втором
11 усилител х доплеровских частот и поступают на первые входы третьего 12 и
четвертого 14 смесителей соответственно. На вторые входы третьего 12 и четвертого 14
смесителей поступает сигнал генератора, управл емого напр жением 13, частота которого
линейно измен етс в пределах возможного изменени доплеровских частот по
пилообразному закону. Сигналы с выходов третьего 12 и четвертого 14 смесителей,
Страница: 6
RU 2 334 995 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
пройд соответственно первый 15 и второй 17 полосовые фильтры, поступают на входы
соответственно первого 18 и второго 20 амплитудных детекторов, на выходах которых,
таким образом, формируетс сигнал, пропорциональный уровню частотных составл ющих
доплеровского спектра, развернутый во времени. По существу, генератор, управл емый
напр жением 13, а также третий смеситель 12, первый полосовой фильтр 15 и первый
амплитудный детектор 18 - с одной стороны и четвертый смеситель 14, второй полосовой
фильтр 17 и второй амплитудный детектор 20 - с другой стороны, представл ют собой два
параллельных анализатора спектра доплеровского сигнала (см. фиг.5а, б).
Сигналы с выходов первого 18 и второго 20 амплитудных детекторов поступают на
входы вычитающего устройства 22, на выходе которого в каждом периоде изменени частоты генератора, управл емого напр жением 13, формируетс двухпол рный импульс,
отрицательный перепад напр жени в котором соответствует времени пересечени разверток доплеровских спектров на выходах первого 18 и второго 20 амплитудных
детекторов (см. фиг.5в). После усилени в усилителе-ограничителе 23 длительность
отрицательного перепада сформированного импульса значительно сокращаетс (см.
фиг.5г). Дифференцирующее звено 24 формирует из каждого поступающего с выхода
усилител -ограничител импульса три коротких импульса, соответствующих положению
фронтов входного импульса. Импульсом отрицательной пол рности с выхода
дифференцирующего звена 24, совпадающим по времени с моментом равенства
доплеровских частот в первом и втором каналах устройства, запускаетс формирователь
импульсов 25, формирующий импульс такой пол рности и длительности, которые
необходимы дл открывани ключа 21 и записи напр жени на выходе всего устройства
(см. фиг.5д). Импульс с выхода формировател импульсов 25 поступает на управл ющий
вход управл емого ключа 21. Ключ открываетс и на выход устройства проходит
напр жение с выхода блока управлени 16, который представл ет собой генератор
пилообразного напр жени , запускаемый генератором тактовых частот 19.
Таким образом, на выходе устройства в каждом такте по вл етс импульс напр жени ,
амплитуда которого пропорциональна доплеровской частоте, прошедшей оба канала
устройства (см. фиг.5). Поскольку доплеровска частота, в свою очередь, также
пропорциональна путевой скорости объекта, измеритель выходного напр жени может
быть отградуирован в единицах скорости.
Следовательно, более высока точность измерени скорости предлагаемым
устройством получаетс за счет того, что угловой сектор, в пределах которого
напр жение на выходе вычитающего устройства измен ет знак, при разносе максимумов
главных лепестков диаграмм направленности первой и второй антенн на указанный угол,
составл ет 5-10% от ширины диаграммы направленности каждой из антенн по уровню
половинной мощности (см. М.И.Финкельштейн. Основы радиолокации. М., Сов. Радио,
1973, с.389-392). Соответственно ширина доплеровского спектра сигнала, общего дл обоих каналов устройства, также уменьшаетс до 5-10% от ширины спектра доплеровского
сигнала в каждом из каналов.
Формула изобретени Доплеровский измеритель путевой скорости, содержащий последовательно
соединенные первую антенну, первый циркул тор, первый смеситель и первый усилитель
доплеровских частот, а также последовательно соединенные генератор непрерывных
гармонических колебаний и первый направленный ответвитель, первый выход которого
соединен со вторым входом первого циркул тора, второй выход первого направленного
ответвител соединен со вторым входом первого смесител , отличающийс тем, что
введены последовательно соединенные втора антенна, второй циркул тор, второй
смеситель, второй усилитель доплеровских частот, четвертый смеситель, второй
полосовой фильтр и второй амплитудный детектор, а также последовательно соединенные
третий смеситель, первый полосовой фильтр и первый амплитудный детектор, выход
которого соединен с первым входом вычитающего устройства, второй вход которого
Страница: 7
CL
RU 2 334 995 C1
5
10
15
20
соединен с выходом второго амплитудного детектора, причем выход вычитающего
устройства через последовательно соединенные усилитель-ограничитель,
дифференцирующее звено и формирователь импульсов подключен к управл ющему входу
управл емого ключа, кроме того, последовательно соединенные генератор тактовых
импульсов, блок управлени , представл ющий собой генератор пилообразного
напр жени , и генератор, управл емый напр жением, частота которого линейно
измен етс в пределах возможного изменени доплеровских частот по пилообразному
закону, выход генератора, управл емого напр жением, соединен со вторыми входами
третьего и четвертого смесителей, а также второй направленный ответвитель, вход
которого соединен с выходом генератора непрерывных гармонических колебаний, первый
выход второго направленного ответвител соединен со вторым входом второго
циркул тора, а второй выход второго направленного ответвител соединен со вторым
входом второго смесител , при этом выход первого усилител доплеровских частот
соединен с первым входом третьего смесител , выход блока управлени соединен с
сигнальным входом управл емого ключа, выход которого вл етс выходом устройства,
причем амплитуда импульса напр жени на выходе управл емого ключа пропорциональна
доплеровской частоте, котора пропорциональна путевой скорости объекта, кроме того,
оси первой и второй приемных антенн в вертикальной плоскости разведены на угол,
равный ширине главного лепестка их диаграммы направленности по уровню половинной
мощности.
25
30
35
40
45
50
Страница: 8
RU 2 334 995 C1
Страница: 9
DR
RU 2 334 995 C1
Страница: 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
213 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа