Радиодальномер своими руками
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 18.09.2024
(рис. 10.4, б-г), так как передатчики и приемники имеют ограниченный диапазон перестройки частоты.
Рис. 10.4. Законы изменения частоты в частотном методе дальнометрии: а - монотонный, б, в, г - периодические
В простейшем частотном РД (рис. 10.5, а) звуковой генератор задает частоту модуляции и вместе с частотным модулятором формирует ЧМ-сигнал, частота которого изменяется по симметричному пилообразному закону с девиацией частоты Модулированные по частоте колебания ГРЧ на несущей частоте (рис. 10.5, б) излучаются антенной . В результате запаздывания отраженного сигнала на на выходе балансного смесителя (БС) возникают биения с частотой Сигнал биений усиливается и подается на измеритель частоты
Зависимость частоты биений от дальности может быть получена из рис. 10.6, соответствующего участку графика на рис. 10.5, б. Из треугольников и следует, что откуда
Основное уравнение частотного радиодальномера имеет вид
где масштабный коэффициент.
Рис. 10.5. Структурная схема частотного радиодальномера (а) и графики изменения частоты в различных точках РД (б)
Частоту модуляции выбирают из условия однозначности отсчета дальности в пределах заданной дистанции При периодических законах модуляции (симметричная пила на рис. получаем
Кроме того, измеряют или поэтому для того, чтобы незначительно отличалась от определяемой (10.3), в частотных дальномерах выбирают При этом соотношение (10.5) всегда выполняется.
Рис. 10.6. Изменение частоты излучаемого и принимаемого сигналов за период модуляции
Особенностью частотных РД является дискретный характер зависимости измеренной дальности от фактической (рис. 10.7), что вызывается периодичностью закона а также периодичностью смены фазовых соотношений сигналов их и на входе смесителя. Поэтому спектр сигнала биений содержит частотные компоненты, только кратные частоте модуляции, причем характер нарастания частоты биений зависит от взаимного расположения векторов сигналов Дискрет по дальности можно найти из выражения как наименьшая частота биений то минимальное измеряемое расстояние
При увеличении в спектре периодического сигнала биений последовательно появляются частоты и т.д., поэтому частота биений изменяется каждый раз на а дальность - на Дополнительные скачки на обусловлены изменением фазовых соотношений принятого и опорного сигналов.
Рис. 10.7. Зависимость измеренной частотным радиодальномером дальности от фактической дальности
Разрешающая способность частотного РД. Если необходимо разрешать цели по дальности или измерять дальность до всех целей,
расположенных на дистанции, то в качестве измерителя частоты используют анализатор спектра. В этом случае на выходе смесителя и усилителя низкой частоты присутствуют сигналы биений всех целей (биения "отраженный сигнал опорный сигнал ) и сигналы биений на комбинационных частотах (биения "отраженный сигнал отраженный сигнал
где отраженный сигнал от цели; опорный сигнал.
Поскольку то и двойной суммой можно пренебречь. В результате на вход анализатора поступает столько биений частоты сколько целей находится на дистанции.
При использовании параллельного анализатора спектра (рис. 10.8,а и б) получаем многоканальную систему с числом каналов, равным числу элементов разрешения: Время анализа определяется инерционностью фильтров: где полоса пропускания фильтра; разрешающая способность по частоте биений.
При последовательном анализе спектра (рис. 10.8, в, г) аппаратура существенно упрощается, но возрастает время анализа, так как последовательный просмотр дистанции путем перестройки фильтра может выполняться со скоростью при которой за время установления процесса на выходе фильтра туст частота настройки фильтра изменится не более, чем на т.е. Поскольку то
Рис. 10.8. Структурные схемы и идеализированные частотные характеристики фильтров - анализаторов спектра сигналов в частотном РД
Обычно в анализаторах спектра избегают изменения АЧХ фильтра при перестройке и меняют частоту подаваемого на него сигнала с помощью преобразователя частоты (рис. 10.9). Такого же эффекта можно добиться и без преобразователя с помощью дополнительной вобуляции частоты модуляции или девиации частоты
Разрешающая способность частотных РД характеризуется дискретным характером отсчетов дальности, т.е. скачками разрешающей способностью анализатора спектра. Чтобы спектральные компоненты двух целей не попали в полосу прозрачности фильтра анализатора, необходимо выполнение условия Отсюда с учетом (10.4) получаем
Однако улучшение за счет уменьшения ограничено дискретностью измерения дальности и, следовательно, не может быть меньше
Таким образом, разрешающая способность частотного РД тем выше, чем больше девиация частоты, т.е. чем шире спектр зондирующего сигнала.
Рис. 10.9. Структурная схема приемной части частотного РД с последовательным анализатором спектра
Рис. 10.10. Структурная схема частотного радиодальномера (а) и изменения частоты сигналов при вобуляции частоты модуляции (б) и девиации частоты (в)
Точность измерения дальности. На основании (10.4) и в предположении случайного характера и независимости составляющих суммарной погрешности получаем
В частотных РД принимают меры для поддержания стабилизируя величины и Тогда и для уменьшения а и стремятся увеличить частоту модуляции и девиацию частоты а для неискаженной передачи закона ЧМ переходят на несущие частоты Погрешность измерения частоты биений можно оценить как (см. гл. 9)
где коэффициент, учитывающий отличие схемы РД от оптимальной и зависящий от типа измерителя; отношение сигнал/шум по мощности на входе измерителя частоты; среднеквадратическая длительность сигнала.
Если то что справедливо для оптимальной обработки сигнала с неизвестным временем прихода, случайной начальной фазой и флуктуирующей амплитудой. При этом потенциальная точность частотного радиодальномера характеризуется погрешностью
На точность дальнометрии может также влиять дискретность отсчета с дискретом что имеет значение, однако, только при точечной цели. В этом случае для уменьшения влияния дискретности отсчета можно использовать модуляцию частоты зондирующего сигнала одновременно несколькими частотами.
Наконец, при относительном движении цели со скоростью V, появляется доплеровский сдвиг частоты который может внести погрешность в измерение дальности. Для учета этой погрешности используют симметричные законы ЧМ и раздельную обработку сигнала в двух половинах периода модуляции (рис. 10.11). Тогда на первой половине периода частоты модуляции а на второй откуда
частоты, пропорциональные дальности и скорости.
Принцип действия следящего частотного РД. Для автоматического сопровождения целей по дальности в частотных РД применяют системы автоподстройки частоты (АПЧ). В соответствующем частотном РД (рис. 10.12) сигнал биений с балансного смесителя (БС) после фильтрации поступает на частотный дискриминатор. Сигнал ошибки, пропорциональный отклонению от точки перехода через нуль дискриминационной характеристики, после интегрирования в экстраполяторе подается на управляемый генератор и изменяет до тех пор, пока не наступит равенство . В этот момент и по значению можно судить о дальности до цели.
В заключение следует отметить, что частотные РД часто используют в качестве радиовысотомеров малых частот на различных ЛА.
Рис. 10.11. Влияние эффекта Доплера на частоты сигналов в частотном РД
Рис. 10.12. Структурная схема следящего частотного радиодальномера
Принцип действия частотного РД с цифровым анализом спектра. Измерение дальности в таких РД основано на дискретном преобразовании Фурье с помощью которого можно реализовать параллельный анализатор спектра, подобный показанному на рис. 10.8, а. Из анализируемого сигнала предварительно формируются квадратурные сигналы, которые затем подвергаются аналого-цифровому преобразованию. Число выборок каждого из квадратурных сигналов должно быть достаточным для однозначного представления исследуемого сигнала. Например, при частотно-модулированном сигнале с постоянной амплитудой число отсчетов фазы сигнала длительностью должно составлять где ширина спектра сигнала, а интервал дискретизации, причем
При использовании алгоритма -точечного ДПФ анализатор спектра состоит из гребенки узкополосных фильтров с центральными частотами где частота дискретизации сигнала; полоса пропускания каждого фильтра порядка
Обнаружение и оценку частоты сигнала производят по номеру канала ДПФ, в котором накопленный сигнал превысил порог обнаружения. Для вычисления коэффициентов ДПФ применяют алгоритмы дискретного или быстрого преобразования Фурье, что позволяет анализировать спектр в реальном масштабе времени. Структурная схема анализатора спектра подобна приведенной на рис. 10.8.
Дальномер служит для определения расстояния до объекта, к которому нельзя подойти близко. Это может быть стоящий на рейде корабль, отдаленное строение, укрепление реального или игрового противника. В продаже есть лазерные и оптические дальномеры, но они довольно дороги. Принцип работы абсолютно всех дальномеров основан на измерении углов к базовой прямой. Дальномер можно сделать своими руками. Это даст возможность получить не только сам прибор, но и геодезические навыки.
- - длинная линейка;
- - доска для основания:
- - 2 короткие линейки;
- - 2 лазерных указки;
- - алюминиевые или железные полоски:
- - столярный инструмент;
- - ножницы по металлу.
Возьмите прямую ровную деревянную доску. Можно использовать обычную длинную линейку. Закрепите ее на другой доске. Основание должно быть ровным, прочным и устойчивым. От одного конца линейки отложите базовый отрезок. Он может быть длиной 50-100 см. Чем он больше - тем выше будет точность измерения расстояния.
Сделайте 2 одинаковых визира. Они представляют собой деревянные линейки. На их торцах крепятся мушки и прорези по типу оружейных. Их можно сделать в виде пластин или угольников из железа или алюминия. Прикрутите их к торцам линеек шурупами.
Точно посередине линеек-визиров сделайте осевые отверстия. Закрепите линейки на концах мерного участка. При этом один визир должен быть установлен жестко, строго под прямым углом. Второй визир закрепите так, чтоб он мог вращаться вокруг оси в горизонтальной плоскости с некторым трением.
Поверните основание дальномера так, чтобы неподвижный визир был точно наведен на нужный вам объект. Прицельтесь так же, как если бы вы целились из ружья. Поворачивайте второй визир, нацельте его на тот же объект. Замерьте угол между базовым отрезком и осью второго визира. Вы получили прямоугольный треугольник, в котором известен катет - базовый отрезок, а также прилежащий к нему угол. По теореме тангенсов найдите второй катет, который и будет расстоянием до объекта. На практике каждый раз решать эту математическую задачу неудобно. Поэтому снабдите подвижный катет указателем, а на основании начертите дугообразную шкалу с делениями, которые сразу будут указывать на расстояние. Шкалу эту можно как рассчитать, так и отградуировать по имеющимся объектам, расстояние до которых известно.
В качестве визиров можно использовать подзорные трубы. Они могут быть и самодельными, из обычных очковых стекол. Сделайте на них перекрестья, как у оптических прицелов. В качестве визиров подойдут также лазерные указки. Одну закрепите на неподвижной линейке, другую - на вращающейся.
Измерение расстояний с помощью светодальномеров и радиодальномеров является одним из наиболее точных и высокопроизводительных методов производства геодезических работ при изысканиях, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Эти приборы относят к группе электромагнитных дальномеров, основанных на принципе измерения времени прохождения электромагнитными волнами удвоенного измеряемого расстояния (от излучателя до отражателя и обратно).
Если обозначить скорость распространения электромагнитных волн через v, а время прохождения двойного измеряемого расстояния через t, то искомое расстояние D можно определить по формуле
Скорость распространения электромагнитных волн известна, и в вакууме она равна 299 792 456 м/с, а в атмосфере может быть определена с учетом показателя преломления воздуха, зависящего от температуры, давления и влажности атмосферы. Для определения времени t существует два метода: импульсный и фазовый. Импульсный метод применяют при измерении больших расстояний, но с малой точностью. В геодезии большее распространение получил фазовый метод, дающий существенно большую точность измерений.
Светодальномеры - оптические приборы для определения расстояний при помощи светового луча. Принцип действия светодально- мера состоит в том, что от источника света через модулятор электромагнитные волны передаются на отражатель, установленный в точке, до которой измеряют расстояние. От отражателя электромагнитные волны возвращаются к приемному устройству, совмещенному с передающим. Приемное устройство передает полученные сигналы через усилитель и демодулятор на устройство обработки сигнала, откуда сигнал идет на табло индикатора, где и высвечиваются результаты измерений в конечном виде либо в промежуточных значениях.
Источниками излучения в современных светодальномерах, как правило, являются светодиоды или оптические квантовые генераторы — лазеры. Модуляция светового потока осуществляется за счет использования оптических или электрооптических явлений, возникающих при прохождении света через жидкости, кристаллы, полупроводниковые диоды и т.д. В качестве приемников используют фотоэлектронные умножители, а там, где источником света являются светодиоды, — фотодиоды.
- • средняя квадратическая погрешность измерений — ±(5 + 3- КГ 6 D) мм;
- • диапазон измерения расстояний — от 2 до 5000 м (10 000 м при метеорологической дальности видимости более 40 км и отсутствии колебаний воздушной среды);
- • диапазон рабочих температур — от -0 до +40°С;
- • вес прибора в футляре — 8,5 кг.
Светодальномер можно использовать в виде насадки к серийному оптическому теодолиту. В этом случае светодальномер устанавливают на место ручки для переноски теодолита или на трубу. Все современные электронные теодолиты, электронные тахеометры и, тем более, компьютерные тахеометры имеют встроенные в зрительную трубу лазерные дальномеры.
Радиодальномеры - приборы для определения расстояний по скорости распространения ультракоротких радиоволн в сантиметровом диапазоне. Преимущество радиодальномеров по сравнению со све- тодальномерами состоит в том, что они могут работать в любых атмосферных условиях, кроме сильных дождей.
Используют радиодальномеры, работающие по тому же принципу, что и светодальномеры. В инженерной геодезии радиодальномеры применяют в основном в качестве навигационного оборудования для производства аэрофотосъемок (радиовысотомеры).
В системах спутниковой навигации СР5/ГЛОНАСС расстояния до навигационных спутников определяют также по скорости распространения радиосигналов, но эти радиодальномеры построены по принципу синхронизации излучаемых радиосигналов (псевдокодов) искусственными спутниками Земли и в приемниках, размещаемых в точках земной поверхности, координаты которых необходимо определить (см. гл. 21).
Не знаю кто как, но я давно хотел сделать радар, такой чтоб туда-сюда излучатель крутился и на экране видно было наличие и дистанцию до объектов. Конечно в домашних условиях вещь, подобную военным или авиа службам сделать не получится - там и мощности, и размеры недосягаемые. Но что-то похожее, причём совсем не сложное и не дорогое (пару тысяч рублей) соорудить возможно. Итак, на основе популярного Ардуино вы можете сделать такую себе мини РЛС с помощью ультразвукового детектора и собственно платы Arduino. Схема подсмотрена на сайте "Мехатроник". Все, что нужно для этого проекта: ультразвуковой датчик для обнаружения объектов, маленький серводвигатель для поворота датчика и плата Arduino для управления ими. Ну и макетка с проводами.
Сначала сделаем крепление для подключения ультразвукового датчика к серводвигателю. Изготавливаем его, как это показано на рисунке ниже, потом он приклеивается и крепится к двигателю с помощью винта.
Теперь прикрепите штырьки, на которые припаяем 4 провода для подключения датчика.
Прикрепите мотор сервопривода к плате Arduino, используя обычную резинку для волос.
Мы подключили ультразвуковой датчик HC-sr04 к выводам 10 и 11, а серводвигатель к 12 контакту на плате Arduino.
Исходный код
Теперь нужно взять код и загрузить его на плату Ардуино, которая позволит взаимодействовать между Arduino и обработкой сигнала. Здесь будем получать значения для угла и расстояние, измеренное с помощью датчика с платы Arduino на обработку IDE с помощью функции SerialEvent(), которая считывает данные из последовательного порта, и будем ставить значения угла и расстояния в переменные iAngle и iDistance. Эти переменные будут использоваться для построения линии обнаружения объектов.
void drawRadar() pushMatrix();
translate(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
noFill();
strokeWeight(2);
stroke(98,245,31);
// draws the arc lines
arc(0,0,1800,1800,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1400,1400,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1000,1000,PI,TWO_PI);
arc(0,0,600,600,PI,TWO_PI);
// draws the angle lines
line(-960,0,960,0);
line(0,0,-960*cos(radians(30)),-960*sin(radians(30)));
line(0,0,-960*cos(radians(60)),-960*sin(radians(60)));
line(0,0,-960*cos(radians(90)),-960*sin(radians(90)));
line(0,0,-960*cos(radians(120)),-960*sin(radians(120)));
line(0,0,-960*cos(radians(150)),-960*sin(radians(150)));
line(-960*cos(radians(30)),0,960,0);
popMatrix();
>
Для рисования линии, которая движется вдоль радара, сделана функция drawLine(). Переменная iAngle используется как линия, что перерисовывается для каждой ступени.
void drawLine() pushMatrix();
strokeWeight(9);
stroke(30,250,60);
translate(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
line(0,0,950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle))); // draws the line according to the angle
popMatrix();
>
Для прорисовывания обнаруженных объектов служит функция drawObject(). Она получает расстояние от ультразвукового датчика, преобразует его в пикселах, и в сочетании с углом датчика рисует объект на радаре - экране ЖК монитора.
Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.
Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.
Про использование технологии беспроводного питания различных устройств.
Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.
Читайте также: