фазовая радиогеодезическая система

Классы МПК:G01S1/32 системы, в которых принятые или выделенные из них сигналы (с усилением или без него) сравниваются по фазе непосредственно 
Автор(ы):
Патентообладатель(и):Научно-производственное объединение "Сибцветметавтоматика"
Приоритеты:
подача заявки:
1991-08-05
публикация патента:

Использование: измерительная техника, создание измерительных систем в геодезии. Сущность изобретения: фазовая радиогеодезическая система состоит из одной или нескольких наземных и бортовой приемо-передающих станций и включает в себя измерительный блок, два фазовых детектора, два решающих блока, два синтезатора частот, два усилителя мощности, два антенных переключателя, смесители, два усилителя промежуточной частоты, два усилителя-ограничителя, логический элемент, два опорных генератора, два коммутатора-формирователя, две приемо-передающие антенны, дополнительную антенну, приемный блок, ограничитель, фазовращатель, инвертор, три элемента И, микропроцессорный модуль, постоянный запоминающий элемент, оперативно-запоминающий элемент, дешифратор, триггер, три делителя частоты, три фильтра и перестраиваемый генератор с соответствующими соединениями, что позволяет расширить зону однозначного определения расстояния при автоматической работе устройства. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

Фазовая радиогеодезическая система, состоящая из одной или нескольких наземных и бортовой приемопередающих станций, при этом бортовая приемопередающая станция содержит приемопередающую антенну, передатчик, первый приемник, генератор опорный частоты, индикатор, наземная приемопередающая станция содержит приемопередающую антенну, передатчик и приемник, отличающаяся тем, что в наземную приемопередающую станцию введены антенный переключатель, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, решающий блок, синтезатор частот, фазовращатель, генератор опорной частоты и коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и фазового детектора, выход которого соединен с входом решающего блока, выходы решающего блока соединены с управляющими входами синтезатора частот и фазовращателя, выход которого соединен с входом передатчика, выход генератора опорной частоты соединен с первым входом фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемопередающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом приемника, а выход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом фазовращателя и вторым входом приемника, выход которого соединен через усилитель-ограничитель с вторым входом фазового детектора, в бортовую станцию введены антенный переключатель, фазовый детектор, решающий блок, синтезатор частот, первый усилитель-ограничитель, последовательно соединенные приемная антенна, второй приемник, второй усилитель-ограничитель и коммутатор сигналов, коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и фазового детектора, выход которого соединен с входом решающего блока, выходы решающего блока соединены с входом индикатора, с управляющими входами коммутатора-формирователя, синтезатора частот и генератора опорной частоты, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемопередающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом первого приемника, а выход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом передатчика и вторыми входами первого и второго приемников, выход первого приемника соединен через первый усилитель-ограничитель с вторым входом коммутатора сигналов, выход которого соединен с третьим входом фазового детектора, вход управления коммутатора сигналов соединен с выходом решающего блока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании измерительных систем в геодезии.

Известна дальномерная система с измерением разности фаз на частоте модуляции, содержащая наземную и бортовую приемо-передающие станции, при этом бортовая приемо-передающая станция содержит приемо-передающую антенну, последовательно соединенные генератор опорной частоты, делитель частоты и передатчик, последовательно соединенные приемник, блок переменной задержки, блок статической обработки достоверных сигналов и индикатор, выход генератора опорной частоты соединен с вторым входом блока статической обработки достоверных сигналов, приемо-передающая антенна соединена с выходом передатчика и входом приемника, наземная приемо-передающая станция содержит передатчик, приемник и приемо-передающую антенну, соединенную с выходом передатчика и входом приемника, выход которого соединен с входом передатчика.

Недостатками устройства являются низкая точность измерения расстояния между наземной и бортовой станциями за счет измерения разности фаз на частоте модуляции и узкая зона однозначного определения расстояния.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение зоны однозначного определения расстояния.

Указанная цель достигается тем, что в фазовой радиогеодезической системе, состоящей из одной или нескольких наземных и бортовой приемо-передающих станций, при этом бортовая приемо-передающая станция содержит приемо-передающую антенну, передатчик, первый приемник, генератор опорной частоты, индикатор. Наземная приемо-передающая станция содержит приемо-передающую антенну, передатчик и приемник введены в наземную приемо-передающую станцию, антенный переключатель, усилитель-ограничитель, фазовый детектор, решающий блок, синтезатор частот, фазовращатель, генератор опорной частоты и коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и фазового детектора, выход которого соединен с входом решающего блока, входы решающего блока соединены с управляющими входами синтезатора частот и фазовращателя, выход которого соединен с входом передатчика, выход генератора опорной частоты соединен с первым входом фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемо-передающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом приемника, а вход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом фазовращателя и вторым входом приемника, выход которого соединен через усилитель-ограничитель с вторым входом фазового детектора, в бортовую станцию введены антенный переключатель, фазовый детектор, решающий блок, синтезатор частот, первый усилитель-ограничитель, последовательно соединенные приемная антенна, второй приемник, второй усилитель-ограничитель и коммутатор сигналов, коммутатор-формирователь, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика, антенного переключателя и фазового детектора, выход которого соединен с входом решающего блока, выходы решающего блока соединены с входом индикатора, с управляющими входами коммутатора-формирователя, синтезатора частот и генератора опорной частоты, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, с входами синтезатора частот и коммутатора-формирователя, приемо-передающая антенна соединена с антенным переключателем, выход которого соединен с первым входом первого приемника, а вход антенного переключателя соединен с выходом передатчика, выходы синтезатора частот соединены с входом передатчика и вторыми входами первого и второго приемников, выход первого приемника соединен через первый усилитель-ограничитель с вторым входом коммутатора сигналов, выход которого соединен с третьим входом фазового детектора, вход управления коммутатора сигналов соединен с выходом решающего блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит бортовую станцию 1, состоящую из последовательно соединенных передатчика 2, антенного переключателя 3, первого приемника 4, первого усилителя-ограничителя 5, коммутатора сигналов 6, фазового детектора 7, решающего блока 8 и синтезатора частот 9, генератора опорной частоты 10, коммутатора-формирователя 11, индикатора 12, антенны 13, последовательно соединенных приемной антенны 14, второго приемника 15 и второго усилителя-ограничителя 16, выход которого соединен с вторым входом коммутатора сигналов 6, выходы синтезатора частот 9 соединены с передатчиком 2 и приемниками 4 и 15, выходы решающего блока 8 соединены с индикатором 12, коммутатором-формирователем 11, коммутатором сигналов 6 и генератором опорной частоты 10, выход которого соединен с синтезатором частот 9, фазовым детектором 7, коммутатором-формирователем 11, выходы которого соединены с управляющими входами передатчика 2, фазового детектора 7 и антенного переключателя 3, соединенного с антенной 13. Наземная станция 17 содержит последовательно соединенные передатчик 18, антенный переключатель 19, приемник 20, усилитель-ограничитель 21, фазовый детектор 22, решающий блок 23, синтезатор частот 24, фазовращатель 25, соединенный с передатчиком 18, генератор опорной частоты 26, коммутатор-формирователь 27, антенну 28, второй выход синтезатора частот 24 соединен с приемником 20, выход решающего блока 23 соединен с фазовращателем 25, выходы коммутатора-формирователя 27 соединены с управляющими входами передатчика 18, фазового детектора 22 и антенного переключателя 19, соединенного с антенной 28, выход генератора опорной частоты 26 соединен с синтезатором частот 24, коммутатором-формирователем 27 и фазовым детектором 22.

Устройство работает следующим образом.

Генераторы опорной частоты 10 и 26 вырабатывают непрерывные гармонические сигналы частотой f, которые поступают на коммутаторы-формирователи 11 и 27 и синтезаторы частот 9 и 24. В синтезаторе частот 9 формируются сигналы гетеродина для второго приема 15 с частотами f"П1, F"П2, F"П3. При этом управление частотой принимаемых сигналов осуществляется решающим блоком 8, причем fП1-f"П1 fПР, fП2 F"П2 fПР, fП3 f"П3 fПР, где fП1, fП2, fП3 - рабочие частоты, например, фазовой сверхдлинноволновой системы "Омега"; fПР - промежуточная частота, на которой осуществляется измерение фазы принятых сигналов в блоках 7 и 22. Коммутатор-формирователь 11 вырабатывает сигналы управления для фазового детектора 7 (фиг. 2, б) в соответствии, например, с диаграммой излучения системы "Омега". В установившемся режиме работы устройства временные интервалы приема сигналов бортовой станцией 1 синхронизированы с соответствующими интервалами излучения. Радиоимпульсный сигнал принимается антенной 14 и поступает на вход второго приемника 15, на второй вход которого подаются последовательно во времени сигналы от синтезатора частот 9 с частотами f"П1, f"П2, f"П3. В приемнике 15 осуществляется фильтрация сигналов, преобразование по частоте, усиление. Усилитель-ограничитель 16 преобразует сигнал с выхода приемника 15 в прямоугольные импульсы, нормированные по амплитуде, которые поступают на коммутатор сигналов 6. При включении устройства 1 сигналом от решающего блока 8 коммутатор сигналов 6 пропускает первоначально на вход фазового детектора 7 импульсы с выхода усилителя-ограничителя 16 частотой fПР. В фазовом детекторе 7 осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются последовательно фазовые сдвиги фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482, фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889483 (фиг. 2, б).

Информация с фазового детектора 7 поступает в решающий блок 8, в котором вычисляются также фазовые соотношения фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481=фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482=фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481-фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889483=фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482 Полученные значения фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482, фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889483 ... фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482, ... используются затем в решающем блоке 8 для устранения многозначности фазовых отсчетов.

Таким образом, величина фазового сдвига фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481 с учетом коррекции при устранении многозначности соответствует сигналу частотой фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481=fП1-fП2 и при известной скорости распространения радиоволн в решающем блоке 8 используется для определения расстояния (координат) местонахождения бортовой станции 1 с точностью, характерной для фазовых сверхдлинноволновых систем. Затем решающий блок 8 переводит бортовую станцию 1 в режим работы с наземной станцией 17. При этом коммутатор сигналов 6 начинает пропускать на вход фазового детектора 7 сигналы с выхода усилителя-ограничителя 5 (фиг. 2, ж).

Синтезаторы частот 9 и 24 вырабатывают для излучения опорный сигнал частотой fo и несколько вспомогательных сигналов с частотами f1, f2.fi, кроме того в синтезаторах частот 9 и 24 формируются сигналы гетеродина для приемников 4 и 20 с частотой fОГ, f1Г, f2Г, fiГ, при этом управление частотой излучаемых (принимаемых) сигналов осуществляется решающим блоком 8(23), причем fО fОГ fПР, f1 f1Г fПР, f2 f2Г fПР, fi fiГ fПР, где fПР промежуточная частота, на которой осуществляется измерение фазы принятых сигналов. Коммутаторы-формирователи 11 и 27 вырабатывают сигналы управления для блоков 2 (фиг. 2, а), 3 и 7 (фиг. 2, б), 19 и 22 (фиг. 2, в), 18 (фиг. 2, г).

Временные диаграммы приведены для установившегося режима устройства, когда временные интервалы излучения и приема сигналов бортовой станции 1 синхронизированы с соответствующими интервалами наземной станции 17. Здесь Тц временной цикл работы устройства; t интервал излучения (приема) опорного сигнала частотой fo; 2t интервал излучения (приема) вспомогательных сигналов с частотами fi; tп длительность паузы; tс интервал приема сигнала сверхдлинноволновой системы.

В передатчике 2 осуществляется усиление сигналов от синтезатора частот 9 до необходимой величины и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющего сигнала от коммутатора-формирователя II (фиг. 2, а). Радиоимпульсный сигнал от передатчика 2, пройдя через антенный переключатель 3, излучается в пространство приемо-передающей антенной 13 (фиг. 2, д). Сигнал, излучаемый в пространство блоком 1 в течение времени Tn, пройдя через среду распространения, принимается приемо-передающей антенной 28 блока 17 и через антенный переключатель 19 поступает на вход приемника 20. На второй вход приемника 20 подаются сигналы от синтезатора частот 24 с частотами (fОГ, f1Г, f2Г, fiГ). В приемнике 20 осуществляется преобразование принимаемого сигнала на частоту fПР (причем fО fОГ fПР, f1 f1Г fПР и т.д.), фильтрация и усиление, а затем нормируются по амплитуде в усилителе-ограничителе 21 и поступают на фазовый детектор 22. В фазовом детекторе 22 под воздействием управляющих сигналов (фиг. 2) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948 опорных сигналов частоты fО (фиг. 2, в) и фазовые сдвиги фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482, ... фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948i вспомогательных сигналов частотами f1, f2,fi. Информация с фазового детектора 22 поступает в решающий блок 23, в котором вычисляются фазовые соотношения

фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948

Полученные значения фазы фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482 ... фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948i запоминаются в решающем блоке 23. В течение интервала Tр излучаются в пространство сигналы от блока 17, при этом управление частотой и фазой излучаемых сигналов осуществляется решающим блоком 23 через блоки 24 и 25 соответственно. В моменты времени t, когда блоком 17 излучаются в пространство основные сигналы частотой fО, фазовращатель 25 решающим блоком 23 установлен в исходное (нулевое) состояние, излучаемые опорные сигналы частотой fО имеют фазу сигнала генератора 26. В течение интервалов 2t, когда блокам 17 излучаются в пространство вспомогательные сигналы частотами f1, f2.fi, сигналами управления от решающего блока 23 устанавливаются в фазовращателе 25 фазовые сдвиги фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482, ... фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948i соответственно.

Таким образом, в течение интервала Tр блок 17 излучает вспомогательные сигналы, фаза которых равна фазе принятых сигналов в течение интервалов Tu от блока 1, а также сигналы, фаза которых равна фазе генератора 26. В передатчике 18 осуществляется усиление сигналов от фазовращателя 25 и формирование выходных радиоимпульсных сигналов под воздействием управляющего сигнала от коммутатора формирователя 27 (фиг. 2, г). Радиоимпульсный сигнал от передатчика 18, пройдя через антенный переключатель 19, излучается в пространство приемо-передающей антенной 28 (фиг. 2, е).

Сигнал, излучаемый в пространство блоком 17 в течение времени Tр, пройдя через среду распространения, принимается приемо-передающей антенной 13 блока 1 и через антенный переключатель 3 поступает на вход приемника 4, на второй вход которого подаются сигналы от синтезатора частот 9 с частотами (fОГ, f1Г, f2Г,fiГ). В приемнике 4 осуществляется преобразование сигнала на частоту fПР, (причем fО fОГ fПР, f2 f1Г fПР и т.п.), сигналы частотой fПР фильтруются и усиливаются, а затем нормируются по амплитуде в усилителе-ограничителе 5 и поступают через коммутатор сигналов 6 на фазовый детектор 7. В фазовом детекторе 7 под воздействием управляющих сигналов (фиг. 2, г) осуществляется измерение фазовых сдвигов принятых сигналов, при этом измеряются фазовые сдвиги фазовая радиогеодезическая система, патент № 208894801, фазовая радиогеодезическая система, патент № 208894802 фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948oi,,фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948 опорных сигналов частоты fО и фазовые сдвиги фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482, ... фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948i вспомогательных сигналов частотами f1, f2.fi. Информация с фазового детектора 7 поступает в решающий блок 8, в котором вычисляются фазовые соотношения

фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948

Полученные значения фазовых сдвигов фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889482 ... фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948i запоминаются в решающем блоке 8, а затем используются в решающем блоке 8 для устранения многозначности фазовых отсчетов.

На практике частоты fО, f1, f2.fi выбираются таким образом, чтобы выполнялись соотношения fО f1 F1, fО f2 F2,fo fi Fi, F1/F2 m1, F2/F3 m2.

F(i 1)/Fi mi. Здесь F1 частота точной ступени (рабочая частота устройства); F2, F3.Fi частоты грубых ступеней; m1, m2.mi коэффициенты сопряжения частот.

Таким образом, величина фазового сдвига фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, с учетом коррекции при устранении многозначности, соответствует сигналу частотой F1, прошедшего дважды через среду распространения, равна времени запаздывания радиоволн в точке приема по отношению к моменту их излучения, не содержит фазовых набегов обусловленных аппаратурой блоков 1,17 и может использоваться для точного определения расстояния (r) между антенной 13 блока 1 и антенной 28 блока 17 при известной скорости распространения радиоволн и измеренной величине фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948фазовая радиогеодезическая система, патент № 20889481, по формуле

фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948

где C скорость распространения радиоволн.

Коммутатор сигналов 6 управляется от решающего блока 8 и пропускает нормированные по амплитуде импульсные сигналы либо от усилителя-ограничителя 5 (высокий уровень на фиг.2, ж), либо от усилителя-ограничителя 16 (низкий уровень сигнала управления на фиг.2, ж) на вход фазового детектора 7.

Таким образом, благодаря новым элементам и связям достигается расширение зоны однозначного определения расстояния и автоматизации работы устройства за счет работы бортовой станции по сигналам, например, фазовой сверхдлинноволновой системы "Омега" и однозначного определения расстояния (координат) с погрешностью, например, до фазовая радиогеодезическая система, патент № 2088948 5 км в начальный период после включения. Затем осуществляется автоматический переход на работу бортовой станции с наземными станциями фазовой радиогеодезической системы и уточнение расстояния (координат) с погрешностью например, до единиц метров.

Класс G01S1/32 системы, в которых принятые или выделенные из них сигналы (с усилением или без него) сравниваются по фазе непосредственно 

способ зондирования ионосферы, тропосферы, геодвижений и комплекс для его реализации -  патент 2502080 (20.12.2013)
способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере -  патент 2313103 (20.12.2007)
способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере -  патент 2208809 (20.07.2003)
способ определения взаимного перемещения объектов -  патент 2131132 (27.05.1999)
устройство измерения разности фаз свч-сигналов (варианты) -  патент 2109303 (20.04.1998)
дальномерная система с измерением фазы радиосигнала -  патент 2076333 (27.03.1997)
устройство для измерения фазы радиосигнала -  патент 2048677 (20.11.1995)
устройство для измерения фазы радиосигнала -  патент 2048676 (20.11.1995)
устройство для измерения параметров движения объектов -  патент 2042144 (20.08.1995)
Наверх