Радиодальномер

Радиодальноме́р — это устройство, измеряющее расстояние по скорости и времени движения радиоволн. Радиоволны проходят измеряемую линию до её конечной точки, после этого отражаются и двигаются по тому же пути обратно. Используются для решения задач в сферах воздушной и космической навигации, геодезических исследований, военного дела, а также для определения местоположения транспортных средств и в иных целях.

История появления

С развитием радиотехники разрабатывали новые методы свето- и радио дальномерных измерений, на основе которых в двадцатом столетии создали светодальномеры и радиодальномеры. Практическое широкое использование светодальномеров связано с созданием в 1952 году Э. Бергстрандтом первого фазового дальномера, названного геодиметром.

Данное устройство позволяло измерять расстояния до 60 километров с ошибкой в несколько сантиметров. Эксплуатация светодальномеров и радиодальномеров позволила быстро повысить производительность линейных измерений, которые были весьма трудоёмкими и малопроизводительными, так как выполнялись до этого механическими мерными приборами. Огромное развитие в отрасли автоматизации работ наука получила во второй половине 20 века. Важным является использование навигационных измерений в геодезии. В 20 веке быстрыми темпами шло развитие в науке космонавтике, это позволило создать спутниковые методы определения координат. В них вместо неподвижных геодезических пунктов используются движущиеся по орбите спутники, координаты которых можно определить для любого момента времени.

Виды радиодальномеров

Фазовый следящий радиодальномер

Фазовый радиодальномер представляет собой составную часть системы сближения объектов, один из которых является запросчиком, а второй — ответчиком. Предполагается, что фазовый радиодальномер работает совместно с бортовым радиолокатором, который обнаруживает имеющий ответчик объект, осуществляет наведение объекта, на котором установлен запросчик, по угловым координатам второго объекта и грубо определяет дальность до последнего. В дальнейшем объект, на котором имеется запросчик, называется просто запросчиком. А объект с ответчиком — ответчиком. Параметрам запросчика и ответчика присваиваются соответственно индексы «з» и «от».

При проектировании данного фазовый радиодальномер следует учитывать следующие его особенности:

1. Получаемая с помощью радиолокатора грубая оценка дальности используется в фазовый радиодальномер в качестве предварительного целеуказания и исключает необходимость поиска сигнала по дальности.
2. Измерение дальности в фазовый радиодальномер производится на модулирующей (масштабной) частоте $\digamma _{M}$, которая в целях повышения точности по мере сближения объектов увеличивается. При этом на любой дальности $R$ должно выполняться условие однозначности дальнометрии: $\lambda _{M}=2R$ (1.1), где $\lambda _{M}=c/\digamma _{M}$ — длина волны модулирующего сигнала.
3. Непрерывный характер излучаемого запросного и ответного сигналов требует преобразования частоты в ответчике, где несущая частота сигнала запросчика умножается на коэффициент преобразования, равный $\mathrm {K} =n/(n-1)$(1.2), где $n$ — целое число. Чем больше $n$, тем ближе частота ответного сигнала $\mathrm {K} f_{0}$ к несущей частоте $f_{0}$сигнала запросного и тем труднее отфильтровать просачивающийся в приёмный тракт сигнал передатчика от принимаемого сигнала. Близость частот $\mathrm {K} f_{0}$ и $f_{0}$ позволяет использовать одну антенну для приёма и передачи сигналов.
4. Возникающая при сближении объектов ситуация требует применения на ответчике ненаправленной антенны.

Импульсивный следящий радиодальномер

Импульсный следящий радиодальномер входит в состав канала дальности бортового радиолокатора тактического самолёта, в данном случае — истребителя. Этот радиолокатор, кроме измерения дальности цели, должен в процессе автоматического сопровождения цели определять её угловые координаты и радиальную скорость.

При проектировании такого радиолокатора следует учитывать следующее:

1. Радиолокатор должен использоваться при любой высоте полёта цели, в том числе и для атаки цели, совершающей маловысотный полёт, когда цель наблюдается на фоне интенсивных пассивных помех, создаваемых отражением сигнала от подстилающей поверхности.
2. Для упрощения задачи считается, что канал дальности работает при атаке цели, находящейся на той же высоте, что и носитель радиолокатора. Сближение с целью производится по линии визирования цели на встречных курсах в пределах дальностей от $Rmax$ до $Rn$, где $Rmax$ — максимальная измеряемая дальность, определяемая требуемым для достижения заданной точности отношением мощностей сигнала и шума $q$, a $Rn$ — дальность пуска ракетного оружия.

Радиодальномер с фазокодовой манипуляцией

Радиодальномер с фазокодовой манипуляцией относится к классу пассивных радиодальномеров, работающих по фазоманипулированному сигналу, излучаемому опорной станцией. Предполагается, что радиодальномер входит в состав гипотетической радиосистемы ближней навигации, служащей для определения местоположения дальномерным методом. При этом считается, что опорная станция обслуживает заданный сектор пространства, например, зону захода самолёта на посадку и зону подхода к аэродрому. Подобные радиодальномеры (в более сложном исполнении) применяются в аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем.

При проектировании радиодальномера с фазоманипулированным сигналом следует учитывать следующие особенности:

1. Непрерывный характер излучаемого опорной станцией сигнала и изменение фазы несущего колебания в соответствии с кодом Хаффмана, что требует учёта параметров и характеристик этого кода.
2. Информация о дальности содержится во временном сдвиге (задержке) кода принимаемого фазоманипулированного сигнала на время $tR=R/c$ относительно момента $t_{0}$ излучения этого сигнала опорной станцией, что требует при измерении дальности знания момента $t_{0}$, который определяется по опорному генератору (эталону времени) аппаратуры потребителя этой системы. (Эталон времени опорной станции считается настолько стабильным, что уход его частоты не сказывается на работе системы).
3. Обработка принимаемого фазоманипулированного сигнала осуществляется корреляционным методом, что требует создания в аппаратуре потребителя «копии» модулирующего фазоманипулированного сигнала кода (опорного кода) и обеспечение возможности управления его задержкой.
4. Доплеровский сдвиг принимаемого сигнала компенсируется с помощью определённой системы.
5. Ситуация, возникающая при использовании радиодальномера, требует применения в аппаратуре потребителя ненаправленной антенны.

Принцип действия

Принцип действия импульсного радиодальномера

Для определения времени прохода сигнала существуют два метода: импульсный и фазовый. Импульсный используется для больших расстояний, но имеет не высокую точность, фазовый — с высокой точностью для малых расстояний.

Светодальномеры — приборы для определения расстояний с помощью светового луча, направляемого от излучателя к отражателю и обратно к приёмнику на излучателе. Из приёмника световые волны попадают в устройство обработки сигнала, и в результате на табло высвечивается результат измерения, кроме того, ведётся запись на магнитный носитель.

Радиодальномеры работают на том же принципе, что и свето-дальномеры, но не в диапазоне видимого света, а в сантиметровом диапазоне ультракоротких радиоволн. Их преимущество — в возможности работать в любых атмосферных условиях, кроме сильного дождя. Функции излучателя и отражателя выполняют специальные радиостанции — передающая и отражающая радиосигнал. В последних моделях они делаются взаимозаменяемыми. В комплект радиодальномера могут входить специальные мачты высотой до 30 м, на которых устанавливаются радиостанции, которые дистанционно управляются и служат специальными геодезическими сигналами — радиомаяками.