Дисципліни:
Лабораторна робота №2
На тему:

Радіовіддалемір з частотним методом вимірювання віддалі .

Дисципліна: Основи теорії радіотехнічних систем
ВНЗ:НУ «ЛП»
Формат: Word Doc

Переглядів: 1158 Додано: 2015-02-28




Частина тексту

Мета роботи

Метою роботи є вивчення радіовіддалеміра з частотним методом вимірювання віддалі, його основних характеристик, переваг і недоліків.

Теоретична частина.

Суть частотного методу вимірювання віддалі полягає у вимірюванні частоти різницевих коливань, які утворюються внаслідок зміщування зондуючого і перевипроміненого об’єктом радіосигналу (рис. 1)

Безперервне частотно-модульоване коливання випромінюється в напрямку КУ до об'єкта, віддаль до якого необхідно виміряти. Перевипромінене об'єктом коливання надходить у точку випромінювання через час затримки tЗ, внаслідок чого відрізняється за частотою від випромінюваного в даний момент коливання (рис. 1,г) на якесь значення ?f, що відповідає відрізку ВС. Це значення пропорційне до вимірюваної віддалі R в чому не важко переконатися, розглянувши подібні трикутники АВС і АDЕ.

0тже, щоб визначити віддаль до об'єкта, треба виміряти частоту різницевих коливань, , перевести за допомогою масштабуючого множника kМ у віддаль іншими словами різницю частот прийнятого і випромінюваного в даний момент коливання.

Часова діаграма різницевого коливання зображена на рис.1,в, а зміна його частоти у випадку нерухомого об'єкта - на рис. І, д. Як видно з наведеної діаграми, частота різницевих коливань приймає нульові значення в моменти часу 1, 2, 3, 4… . Причиною цього явища є періодичність закону модуляції (рис. 1,г) і, як наслідок, дискретність приросту частоти різницевих коливань. Дискретність дорівнює частоті модуляції . Вона викликає відповідну дискретність визначення віддалі і є похибкою даного методу:

Дискретність приросту частоти різницевих коливань виключає необхідність точного її вимірювання. Достатньо вимірювати її середнє значення, яке відображатиме віддаль тим точніше, чим меншим буде співвідношення часу запізнення сигналу tз порівняно з періодом його модуляції TM:

1.1. Вимірювання віддалі частотним методом до рухомого об'єкта

Результуючий приріст частоти різницевих коливань, відбитих від об’єкта

Знак плюс в (5) відповідає наближенню, а знак мінус - віддаленню об’єкта від віддалеміра. Результуючий приріст частоти різницевих коливань (рис. 2) протягом однієї половини періоду модуляції збільшується на ?fдп , а протягом другої - зменшується на те саме значення. Віддаль до об'єкта вимірюється з похибкою

Однак похибки можна уникнути, якщо здійснити розділене вимірювання результуючого приросту частоти різницевих коливань за кожну полонину періоду частотної модуляції.

2. Опис лабораторної установки.

Лабораторна установка складається з радіовисотоміра, роль якого відіграють РВ-5, або РВ-У, або РВ-2, генератора коливань низької частоти, високочастотного вольтметра, лінії затримки, хвилеміра і осцилографа (рис. 7).

Радіовисотомір складається з індикатора висоти і п'яти основних, пристроїв: високочастотного пристрою - ВЧП; передавального пристрою - ПП; підсилювача різницевого сигналу - ПРС; пристрою контролю - ПК; вимірювального пристрою - ВП.

Високочастотний пристрій містить балансовий змішувач приймача БЗ2, балансний зміщувач БЗ1 каналу контролю, в який входить калібрувальна лінія затримки на 15 м і підсилювач сигналу контролю ПНЧ1.

Спрямований розгалужувач СР розгалужує сигнал передавального пристрою на дві складові: одна подається на передавальну антену і випромінюється в простір, друга використовуються для стабілізації масштабуючого коефіцієнта k. Ця друга складова подається на порівнювач коливань контрольної частини ПКЧ, де порівнюються з напругою, що відповідає висоті 15 м, внаслідок чого виробляється сигнал розузгодження, який у модуляторі М керує амплітудою модулюючого сигналу так, щоб масштабуючий коефіцієнт підтримати незмінним.

В передавальному пристрої ПД використано два генератори коливань низької модулюючої частоти: ГНЧ1 - виробляє прямокутні імпульси основної частоти модуляції 150 Гц, що забезпечує дискретність вимірювання віддалі 0,75 м; ГНЧ2 - виробляє коливання додаткової частоти модуляції 25 Гц, що забезпечує дискретність вимірювання 0,125 м. Після інтегрування здійснюється частотна модуляція коливань генератора високої частоти ГВЧ, причому забезпечується девіація частоти 50 МГц.

Підсилювач різницевого сигналу ПРО містить блок фільтрів БФ, що формують п’ять частотно вибірних смуг, кГц: 1…4,5; 1…130; 10…160; 50…160. Коефіцієнт підсилення в межах кожної смуги складає 55 дБ. Схема пошуку СП під дією сигналу з пристрою керування перемикає фільтри відповідно до вимірюваних висот. Додатковий фільтр низьких частот ФНЧ, який має частоту зрізу 4,5 кГц (вона відповідає висоті 22,5 м) пригамовує високочастотний шум при вимірюванні малих віддалей і відмикається схемою відмикання СВ за сигналом від лічильника імпульсів ЛІ2 при висотах, більших за 22,5 м.

Пристрій вимірюванню ВП містить схему захисту від шумів, лічильник імпульсів і підсилювач постійного струму. Імпульси, одержані за допомогою формувача імпульсів, який знаходиться в одному блоці з лічильником імпульсів ЛІ1, перетворюються останнім в сигнал постійного струму, величина якого пропорційна вимірюваній висоті. Цей сигнал подається на індикатор висоти, який перетворює його в кут повороту стрілки, кінець якої відмічає на градуйованій в метрах шкалі висоту.

Пристрій контролю ПК складається зі схеми контролю девіації частоти випромінюваних коливань СКД, схеми контролю амплітуди сигналу СКД, схеми ССП, яка виробляє сигнал готовності, то характеризує здатність радіовисотоміра виконувати свою функцію з допустимою похибкою і схеми затримки СЗ, що попереджає ввімкнення ССП при короткочасовому пропаданні відбитого сигналу. Коли сигнал готовності відсутній, схема пошуку СП перемикає фільтри в БФ доти, поки не з'явиться корисний сигнал. Тоді з запізненням 15 с вмикається сигнал готовності і радіодалекомір здатний виконувати свою функцію.

3. Зміст лабораторної роботи.

1. Ознайомитися з частотним методом вимірювання віддалі, спостерігаючи за осцилограмами на виході основних пристроїв висотоміра і показами його індикатора, при зміні затримки відбитого сигналу. Затримку можна змінювати, змінюючи довжину коаксіального кабеля, який вмикається між передавальною і приймальною антенами. Осцилограми слід зарисувати і дати їм якісне пояснення.

2. Зняти амплітудну і амплітудно-частотну характеристики підсилювача різницевого сигналу радіовисотоміра:

Амплітудну характеристику зняти для 3...5 значень частоти коливань вхідного сигналу. Амплітудно-частотну характеристику зняти для такого рівня вхідного сигналу, за якого значення вимірюваної віддалі не залежить від величини прийнятого сигналу. Цю величину можна визначити за амплітудною характеристикою підсилювача. Вона є більша за значення Uвх , за якого .

3. Зняти залежність віддалі (висоти Н) від частоти вхідного сигналу:

Знімаючи цю залежність, амплітуду вхідного сигналу слід прийняти такою, як і у П2 при знятті залежності (10).

4. Дослідити дискретність віддалеміра. Для цього осцилограф і частотомір підімкнути до виходу підсилювача коливань різницевої частоти, віддалемір перевести в режим вимірювання і зафіксувати частоту різницевих коливань ?f, при якій є постійно ввімкнена лінія затримки між приймальною і передавальною антенами. Змінюючи величину затримки, відмітити ту віддаль ?R при якій ще не відбувається зміна частоти різницевих коливань, тобто при якій виміряна величина ?f1=const. Далі, змінюючи величину затримки, зафіксувати стрибок частоти різницевих коливань. Величину стрибка можна визначити як різницю між кінцевим ?f2 і початковим значенням частоти різницевих коливань.

Порівняти одержане значення дискретності виміру з розрахунковим, дати якісне пояснення можливому відхиленню.

Висновок: частотний метод вимірювання віддалі полягає у вимірюванні частоти різницевих коливань, які утворюються внаслідок зміщування зондуючого і перевипроміненого об’єктом радіосигналу.