Однолучевой доплеровский датчик скорости для транспортных средств

Однолучевой доплеровский датчик скорости для транспортных средств

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств (НТС), представляет собой однолучевой доплеровский датчик скорости (ОДДС), предназначенный для построения доплеровских датчиков продольной, сносовой и тангажной скоростей.

Известен ОДДС, используемый в навигационной аппаратуре летательных аппаратов, судов и НТС. ОДДС состоит из приемоизлучающего устройства (ПИУ), вырабатывающего аналоговый сигнал с частотой, равной доплеровскому сдвигу, и измерителя частоты (ИЧ), преобразующего аналоговый сигнал. ИЧ представляет собой различные по построению устройства следящей фильтрации полезного сигнала из шумов и соответственно формирователь выходного сигнала, соответствующего средней частоте отфильтрованного сигнала.

Так на рис. 3.3 (Флеров А.Г., Тимофеев В.Т. “Доплеровские устройства и системы навигации”, Москва: Транспорт, 1987 г., стр. 52) приведена блок-схема ОДДС. Этот ОДДС принят за прототип и его блок-схема приведена на фиг. 1.

Устройство-прототип включает в свой состав последовательно соединенные ПИУ, первый смеситель, полосовой фильтр, второй смеситель и преобразователь сигнала, кроме того, перестраиваемый генератор (гетеродин) и частотный дискриминатор, при этом выход гетеродина соединен со вторыми входами первого и второго смесителей, выход полосового фильтра соединен с входом частотного дискриминатора, выход которого соединен с управляющим входом гетеродина, а выход формирователя сигнала является выходом всего устройства.

При полосе пропускания полосового фильтра больше ширины спектра сигнала несовпадение частоты сигнала на выходе полосового фильтра с частотой настройки частотного дискриминатора (ЧД) на выходе последнего появляется сигнал, пропорциональный расстройке средней частоты спектра сигнала и частоты настройки ЧД (f_ЧД), который будет изменять частоту гетеродина (f_Г) до совпадения частот. В этом случае на выходе второго смесителя появится сигнал с частотой .

Такая работа устройства следящей фильтрации обеспечивает подавление спектральных составляющих шумов и получение узкополосного спектра сигнала, из которого можно сформировать импульсы, следующие с частотой , где G(f) - спектр сигнала по мощности, но все искажения спектра сигнала, вызванные изменениями отражения сигнала и усиления тракта в пределах диаграммы направленности, изменяют (смещают) значение частоты сигнала.

Это свойство ОДДС-прототипа является его недостатком.

Изобретение направлено на увеличение точности измерения скорости НТС с помощью ОДДС за счет компенсации погрешности смещения у средней частоты сигнала погрешностью смещения у частоты максимума спектра сигнала, величина которой пропорциональна погрешности средней частоты.

Сущность изобретения заключается в том, что в ОДДС, включающий в свой состав последовательно соединенные ПИУ и ИЧ с Δf_ф>Δf_с, где Δf_ф - ширина полосы пропускания фильтра, Δf_с - ширина спектра полезного сигнала, введены второй ИЧ с Δf_ф<Δf_c, схема вычитания частот, корректор и схема сложения частот, при этом выход ПИУ соединен с входом второго ИЧ, выходы обоих ИЧ соединены с соответствующими входами схемы вычитания частот, выход которой соединен с входом корректора, соединенного своим выходом с первым входом схемы сложения частот, второй вход которой соединен с выходом первого ИЧ, а выход является выходом ОДДС.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена блок-схема ОДДС-прототипа, на фиг. 2 изображен спектр полезного сигнала с оценками частоты, на фиг. 3 приведена блок-схема заявляемого ОДДС.

ОДДС (фиг. 3) включает в свой состав последовательно соединенные ПИУ 1 и первый ИЧ 2 с Δf_ф>Δf_c, введены второй ИЧ 3 с Δf_ф<Δf_c, схема вычитания частот 4, корректор 5 и схема сложения частот 6, при этом выход ПИУ 1 соединен с входом второго ИЧ 3, выходы первого и второго ИЧ 2, 3 соединены с соответствующими входами схемы вычитания частот 4, выход которой соединен с входом корректора 5, выход которого соединен с первым входом схемы сложения частот 6, второй вход которой соединен с выходом первого ИЧ 2, а выход является выходом ОДДС.

Сущность изобретения состоит в том, что в первом ИЧ 2 гетеродин в процессе движения транспортного средства удерживает спектр полезного сигнала на частоте фильтра, равной частоте надстройки ЧД. В результате на выходе второго смесителя получаем спектр сигнала, частоты гармонических составляющих которого равны соответствующим доплеровским сдвигам, и среднее значение флуктуирующей во времени мгновенной частоты, равной средней частоте спектра сигнала . Обусловлено это тем, что Δf_ф в первом ИЧ 2 имеет полосу пропускания больше Δf_с. Поэтому небольшие “гуляния” частоты сигнала не вызывают изменения формы профильтрованного сигнала, и частоты сигнала на входе и выходе фильтра одинаковые.

В ИЧ 3 полоса пропускания фильтра уже ширины спектра сигнала и частоты сигналов на входе и выходе фильтра неодинаковы, поэтому профильтрованный сигнал, поступая на ЧД, вызывает перестройку гетеродина и, соответственно, сдвиг частоты сигнала до того момента, когда дальнейший сдвиг приведет к изменению знака сигнала у ЧД. Произойдет это при нахождении фильтра на частоте максимума спектра сигнала (фиг. 2). Таким образом один и тот же спектр выходного сигнала вызывает “установку” на частоте f_{ф, ЧД} в первом ИЧ 2 , а во втором ИЧ 3 fм:

,

где f_{ф, ЧД} - частота сигнала фильтра, ЧД;

f_Г2 - частота гетеродина в ИЧ 2;

f_Г3 - частота гетеродина в ИЧ 3;

f_м - частота максимума спектра.

Это означает, что после вторичного смешения (после уменьшения f_Г2 и f_Г3) сигнал на выходе первого ИЧ 2 и второго ИЧ 3 равен и f_м, настолько расходятся частоты гетеродинов в первом ИЧ 2 и втором ИЧ 3.

Значения и fм для спектра одного сигнала совпадают с частотой, соответствующей оси диаграммы направленности антенны только в отсутствии изменений отражающих свойств поверхности земли и коэффициента передачи в тракте в пределах диаграммы направленности (в пределах спектра). В действительности они практически всегда разные и разность между ними изменяется:

, ,

где f₀ - частота, соответствующая оси диаграммы направленности или при отсутствии влияния рассеивающих свойств земли;

δм - погрешность частоты максимума сигнала;

- погрешность средней частоты сигнала,

при этом . Поэтому из получаемых в первом ИЧ 2 и втором ИЧ 3 частот ( и fм) можно получить

где Ky - уравнивающий коэффициент.

При разработке прибора на откалиброванном макете или опытном образце на мерном участке определяют δм, и Ky, который останется постоянным. Теоретически заявленный ОДДС для транспортного средства позволяет исключить погрешность смещения.

Однолучевой доплеровский датчик скорости, содержащий последовательно соединенные приемоизлучающее устройство и измеритель частоты с Δf_ф>Δf_с, где Δf_ф - ширина полосы пропускания фильтра, Δf_с - ширина спектра полезного сигнала, отличающийся тем, что в него введены второй измеритель частоты с Δf_ф<Δf_c, схема вычитания частот, корректор и схема сложения частот, при этом выход приемоизлучающего устройства соединен с входом второго измерителя частоты, выходы обоих измерителей частоты соединены с соответствующими входами схемы вычитания частот, выход которой соединен с входом корректора, соединенного своим выходом с первым входом схемы сложения частот, второй вход которой соединен с выходом первого измерителя частоты, а выход является выходом однолучевого доплеровского датчика скорости.