Устройство импульсной локации на основе автодина
AUTODYNE-BASED PULSE LOCATION DEVICE

Изобретение относится к устройствам локации с измерением дальности до лоцируемого объекта путем измерения времени задержки отраженного от объекта импульса, в частности, к устройству обнаружения препятствий в системе предотвращения столкновений транспортных средств.
Известны устройства импульсной локации с измерением дальности до лоцируемого объекта путем измерения времени задержки отраженного от объекта импульса, например, по патентам US 5361070, US 2010/0265121, содержащие источники зондирующих импульсов, антенны, приемники. Недостатком таких устройств является их сложность и низкая дальность обнаружения объекта.
Известны устройства локации на основе автодина, например, по патентам RU 2708765, RU 2718557 с измерением дальности до объекта путем измерения амплитуды отраженного от объекта сигнала. Недостатком таких устройств является низкая точность измерения расстояния до объекта.
Известно устройство локации по патенту US 5521600, принятое за прототип, применяющееся в системах предотвращения столкновений транспортных средств, содержащее антенну, принимающую антенну, генератор тактирующих импульсов, генератор несущей частоты, радиочастотный смеситель, синхронный детектор, полосовой усилитель, пороговое устройство.
Недостатком прототипа является сложность его конструкции.
Целью заявляемого изобретения является упрощение конструкции за счет объединения каналов приема и передачи.
Для этого из устройства локации, содержащего антенну, принимающую антенну, генератор тактирующих импульсов, генератор несущей частоты, радиочастотный смеситель, синхронный детектор, полосовой усилитель, пороговое устройство, исключены принимающая антенна, радиочастотный смеситель, синхронный детектор, а генератор несущей частоты переведен в режим автодина, в устройство дополнительно введен ключ, причем первый выход генератора тактирующих импульсов подключен к управляющему входу генератора несущей частоты, второй выход генератора тактирующих импульсов подключен к управляющему входу ключа, высокочастотный выход генератора несущей частоты, в автодинном режиме являющийся одновременно входом, подключен к антенне, выход генератора несущей частоты соединен с входом ключа, выход которого соединен с входом полосового усилителя, выход полосового усилителя соединен с пороговым устройством.
На фиг. 1 изображена функциональная схема заявляемого устройства.
На фиг. 2 изображены временные диаграммы работы заявляемого устройства.
Устройство импульсной локации на основе автодина (фиг. 1) содержит антенну 1, генератор тактирующих импульсов 2, генератор несущей частоты 3, ключ 4, полосовой усилитель 5, пороговое устройство 6, причем генератор несущей частоты 3 работает в режиме автодина, первый выход генератора тактирующих импульсов 2 соединен с управляющим входом генератора несущей частоты 3, высокочастотный выход генератора несущей частоты 3, в автодинном режиме являющийся одновременно входом, соединен с антенной 1, выход генератора несущей частоты 3 соединен с входом ключа 4, выход которого 4 соединен с входом полосового усилителя 5, управляющий вход ключа 4 соединен со вторым выходом генератора тактирующих импульсов 2, выход полосового усилителя 5 соединен с входом порогового устройства 6.
Устройство импульсной локации на основе автодина работает следующим образом. Первый выход генератора тактирующих импульсов 2 подключенный к управляющему входу генератора несущей частоты 3 и второй выход генератора тактирующих импульсов 2, подключенный к управляющему входу ключа 4, генерируют импульсы согласно диаграммам на фиг. 2, а) и б) соответственно. На первом выходе генератора тактирующих импульсов 2, подключенному к управляющему входу генератора несущей частоты 3, генерируются пары импульсов а), включающие генератор на время длительности импульса. Первый импульс в паре модулирован по амплитуде с частотой F, выходная мощность генератора несущей частоты 3 соответствует амплитуде импульса. Время задержки Т1 между импульсами в паре соответствует удвоенному времени задержки распространения излучаемого сигнала до отражающего объекта и во время работы устройства для проверки, нет ли в зоне локации отражающего объекта, изменяется во всем диапазоне измеряемых дальностей по произвольному закону. Время задержки Т2 между парами импульсов должно быть не менее удвоенного времени задержки распространения излучаемого сигнала до отражающего объекта на максимальной дальности локации. Длительность импульса t должна быть не более времени задержки распространения излучаемого сигнала до отражающего объекта на минимальной дальности локации. Одиночные импульсы б), идентичные второму импульсу в паре, через управляющий вход генератора тактирующих импульсов 2, включают ключ 4 на время длительности второго импульса.
Генератор несущей частоты 3 включается первым импульсом в паре, и через антенну 1 в направлении лоцируемого объекта излучает зондирующий сигнал, модулированный по амплитуде с частотой F. Отраженный от объекта сигнал принимается антенной 1 и передается на вход генератора несущей частоты 3 с задержкой 2хТ1, генератор несущей частоты 3, работающий в режиме автодина, оказывается в это время включен вторым импульсом в паре, и на его автодинном выходе появляется сигнал, соответствующий отраженному от объекта, и передается вторым импульсом в паре через включенный ключ 4 на вход полосового усилителя 5. Так как отраженный от объекта сигнал вызван первым импульсом в паре, он модулирован по амплитуде с частотой F, и усиливается полосовым усилителем 5, который настроен на эту частоту. Появление на выходе полосового усилителя 5 сигнала вызывает срабатывание порогового устройства 6, чем фиксируется наличие объекта на расстоянии от локатора, соответствующем времени задержки распространения сигнала до объекта TD. За счет совмещения приема сигнала и его передачи в автодине, конструкция устройства импульсной локации упрощается по сравнению с решениями, использующими раздельные каналы передачи и приема. Упрощение конструкции также снижает ее стоимость, которая является существенной характеристикой для датчиков систем предотвращения столкновений транспортных средств.
Антенны, генераторы тактирующих импульсов, генераторы несущей частоты, работающие в режиме автодина, ключи, полосовые усилители, пороговые устройства хорошо известны [Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988 или Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1-3. - М: Мир, 1993 или Носков В.Я., Смольский СМ. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 6. Исследования радиоимпульсных автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. - 2009. - №6. - С. 3 - 51]. Современный уровень техники позволяет реализовать их с параметрами, необходимыми для построения описанного устройства. Системы предотвращения столкновений требуют измерения расстояний с точностью около 1 м на расстояниях от 1 до 300 м. При этом длительность импульса t не должна превышать приблизительно пять наносекунд, а задержка между измерениями (парами импульсов) Т2 должна быть не менее двух микросекунд. Указанные параметры для импульса t реализуются с использованием недорогих, широко распространенных серийных полупроводников. Минимальная задержка между измерениями Т2 две микросекунды позволяет определить расстояние до препятствия за время менее 0.1 с, что удовлетворяет требованиям к системам предотвращения столкновений.
Устройство импульсной локации входит в состав системы для предотвращения столкновений транспортных средств, изготовлен макетный образец, опытная эксплуатация которого подтвердила реализуемость устройства и упрощение конструкции по сравнению с прототипом.