Особенности расчета ДИС ЧМ

Расчет ДИС ЧМ имеет ряд особенностей, основными из которых являются: необходимость определения параметров зондирующего сиг­нала, нахождение значений слепых высот и учет влияния частотной модуляции зондирующего сигнала на энергетические параметры ДИС.

Параметры зондирующего сигнала. Наряду с заданной или выбранной длиной волны (несущей частотой) и рассчитываемой при опре­делении энергетических параметров мощностью сигнала (мощностью передатчика) в ДИС ЧМ требуется найти частоту модуляции и девиа­цию частоты зондирующего сигнала. Выбор этих параметров сигнала производится из соображений уменьшения влияния шума просачиваю­щегося сигнала передатчика на чувствительность приемного тракта и точность ДИС и основан на том, что спектральная плотность про­сачивающегося сигнала G_п.с(f) постоянна и равна G_п.с(0) в пределах участка частот от 1 кГц до F₀ = 10 кГц, а затем убывает по закону, близкому к 1/f:

, (3.42)

где Коэффициент К_ш учитывает уменьшение спектральной плотности шума просачивающегося сигнала на промежуточной частоте nF_м по сравнению со спектральной плот­ностью этого шума на участке частот от 1 до 10 кГц, где обычно располагается спектр полезного сигнала в ДИС ИМ. Здесь n -номер рабочей гармоники частоты модуляции F_м.

Как следует из (3.42), для уменьшения шума просачивающегося сигнала нужно использовать высокие гармоники частоты модуляции при выделении полезных доплеровских составляющих из преобразован­ного в первом смесителе приемного тракта сигнала. Однако с ростом n. уменьшается амплитуда этой гармоники ([1], с.251-252).

Оптимальный в энергетическом смысле индекс частотной модуля­ции равен

. (3.43)

При таком m_чм1 наибольшая доля мощности зондирующего сигнала приходится на составляющие спектра, содержащие выбранную (n-ю) гармонику частоты модуляции.

Знание индекса модуляции дает возможность определения девиа­ции частоты:

. (3.44)

При выбранном n значение m_чм1=const. Поэтому с увели­чением частоты модуляции F_м должна увеличиваться девиация часто­ты. Это обстоятельство ограничивает максимальное значение F_м, так как увеличение Δ_f приводит к росту глубины паразитной амп­литудной модуляции зондирующего сигнала, отрицательно сказывающееся на параметрах ДИС ЧМ. Кроме того при выборе F_мнеобходимо учитывать условие однозначности измерения скорости (1.11), в которое вместо частоты повторения импульсов F_п нужно подставить в рассматриваемом случае частоту модуляции F_м.

В существующих ДИС ЧМ частота модуляции F_м обычно не пре­вышает 3 МГц, номер рабочей гармоники частоты модуляции ограничивается значением n = 3.

Слепые высоты. Слепыми называют те высоты Η_сл, на которых наблюдается ослабление мощности преобразованного отраженного сиг­нала ([1], с. 252 -253). Причина этого явления заключается в пе­риодичности модулирующего сигнала. Для нахождения слепых высот используют соотношение

, (3.45)

где k =1,2….На высотах H = Н_сл мощность составляющей преобразованного сигнала, имеющей частоту nF_м, теоретически равна нулю.

Наиболее простым методом снижения влияния слепых высот на энергетические показатели ДИС ЧМ (особенно заметного на малых вы­сотах) является вобуляция частоты модуляции F_м с девиацией 10... 20 % от F_м и периодом в несколько герц. Такой метод исполь­зован, в частности, в ДИС ЧМ, схема которого показана на рис. 3. 6.

Энергетические параметры. Мощность передатчика ДИС ЧМ рассчи­тывается по формуле

, (3.46)

где (Р_г)_нм определяется соотношением (3.38), а индексы “нм” и “чм” соответствуют типу ДИС.

Коэффициент K_чм характеризует энергетический проигрыш ДИС ЧМ по сравнению с ДИС НМ и равен

, (3.47)

где Jn(m_чм) - амплитуда n -ой гармоники частотно-модулирован­ного преобразованного сигнала; L_чм - коэффициент, учитывающий потери сигнала из-за влияния частотной модуляции ([3], с. 146), в том числе и вызываемые слепыми высотами.

Коэффициент развязки передающего и приемного трактов рассчи­тывается в ДИС ЧМ с помощью (3.40) при подстановке в это соотно­шение (Р_г)_чм и учете коэффициента K_ш:

. (3.48)

В таблице 3.3 для примера даны значения коэффициентов K_ш и K_чм, а также составляющие L_чм для первых трех гармоник частоты модуляции (принято, что F_м=1 МГц).

Таблица 3.3

При проектировании ДИС ЧМ следует сначала рассчитать (Р_г)_нм и (K_р)_нм, а затем оценить с помощью коэффициентов К_чм и К_ш выигрыш ДИС ЧМ по сравнению с ДИС НМ в отношении раз­вязки и показать, за счет чего он достигается.