Общие сведения о доплеровском измерителе скорости

Общие сведения

Радиолокационная система

Радиолокационная система — система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности и геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов.

Импульсный метод измерения координат объектов

Принцип определения  расстояния до объекта с помощью  импульсного радара

Современные радары сопровождения построены как  импульсные радары. Импульсный радар  передаёт излучающий сигнал только в течение очень краткого времени, коротким импульсом (обычно приблизительно микросекунда), после чего переходит в режим приёма и слушает эхо, отражённое от цели, в то время как излучённый импульс распространяется в пространстве.

Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, время, прошедшее с момента посылки импульса и до момента получения эхо-ответа, — есть прямая зависимость расстояния до цели. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того как импульс придёт обратно (это зависит от дальности обнаружения радара, мощности передатчика, усиления антенны, чувствительности приёмника). Если импульс посылать раньше, то эхо предыдущего импульса от отдалённой цели может быть спутано с эхом второго импульса от близкой цели. 
Промежуток времени между импульсами называют интервалом повторения импульса, обратная к нему величина — важный параметр, который называют частотой повторения импульса (ЧПИ) . Радары низкой частоты дальнего обзора, обычно имеют интервал повторения в несколько сотен импульсов в секунду. Частота повторения импульсов является одним из отличительных признаков, по которым возможно дистанционное определение модели РЛС.

Достоинства импульсного  метода измерения дальности:

• возможность построения РЛС с одной антенной;
• простота индикаторного устройства;
• удобство измерения дальности нескольких целей;
• простота излучаемых импульсов, длящихся очень малое время [pic], и принимаемых сигналов;

Недостатки:

• Необходимость использования больших импульсных мощностей передатчика;
• невозможность измерения малых дальностей;

большая мертвая  зона; 
 

Эффект  Доплера

Эффе́кт До́плера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.

Доплеровский измеритель

Доплеровский  измеритель — общее название технических средств для измерения линейной скорости с помощью эффекта Доплера. Применение эффекта Доплера позволяет измерять скорость не только твёрдых тел, но и газообразных, жидких и сыпучих сред. Некоторые виды доплеровских измерителей рассчитаны также на определение длины движущихся объектов или их перемещения, с помощью встроенного средства измерения временных интервалов.

Принцип действия

Принцип действия основан на использовании эффекта  Доплера, согласно которому, частота принятого сигнала, отражённого от цели может отличается от частоты излучённого сигнала и разница зависит от соотношения скоростей объектов относительно друг друга.

По природе  излучения (радиоволны, свет, звук) доплеровские измерители бывают соответственно трёх видов:

• радиолокационные, иначе радиоволновые (доплеровские радары);
• лазерные, иначе оптические (доплеровские лидары);
• акустические (в т. ч. гидроакустические), иначе звуковые, ультразвуковые (доплеровские сонары).

По характеристике сигнала измерители могут быть как  импульсные, так и с непрерывным  излучением.

Доплеровские  измерители скорости потока жидких и  газообразных сред функционируют за счёт отражения излучения от микрочастиц, взвешенных в этих средах.

Виды  доплеровских измерителей  по назначению

Доплеровские  измерители используются в различных  целях во многих отраслях производства, транспорта, медицины, научных и научно-практических исследований, а также в военном деле

Бортовые измерители

Доплеровские  измерители скорости и сноса для определения вектора путевой скорости самолёта, вертолёта. В настоящее время в авиации применяются измерители только радиолокационного типа.

• Судовые доплеровские измерители — радиолокационные и гидроакустические
• Бортовые измерители локомотивов — радиолокационные и лазерные
• Доплеровские измерители в космонавтике
• Технологические измерители
• Измерители скорости перемещения твёрдых тел — лазерные
• Измерители скорости потока жидких или сыпучих сред — ультразвуковые и лазерные, в т. ч. ультразвуковые расходомеры
• Медицинские измерители
• Доплеровский измеритель скорости кровотока — ультразвуковой
• Лазерные доплеровские флоуметры — анализаторы для неинвазивной диагностики микроциркуляционного кровообращения
• УЗИ-доплер томографы
• Фетальные доплеры
• Измерители для контроля транспортных потоков
• Измерители скорости движения транспортных средств — радиолокационные и лазерные
• Гидро/метео измерители
• Лазерные доплеровские измерители в метеорологических исследованиях
• Гидроакустические доплеровские измерители в гидрологии, океанологии,
• Системы охранной сигнализации
• Радиоволновые и ультразвуковые доплеровские извещатели для закрытых помещений
• Доплеровские системы сигнализации для открытых пространств
• Измерители военно-технического и разведывательного назначения

Системы работающие в на основе данного принципа 

Коспас-Сарсат 

Коспас-Сарсат (англ. Cospas-Sarsat) — спутниковая система, разработанная для оповещения о бедствии и местоположении координат персональных радиобуев и радиобуев, установленных на судах и самолётах в случае аварийных ситуаций. 

Состоит из шести  низкоорбитальных спутников, расположенных  на околополярной орбите, пяти геостационарных спутников, локальной земной станции связи, центра управления и координационно-спасательных центров. Абонентами системы являются спутниковые аварийные радиобуи.

В разработке и  вводе в эксплуатацию спасательной системы принимали участие СССР (в дальнейшем Россия), США, Канада и Франция. Советская часть системы — Коспас(Космическая Система Поиска Аварийных Судов), иностранная — Sarsat (Search And Rescue Satellite-Aided Tracking).

Функционирование  спутниковой части системы осуществляется на частоте 406 МГц, взаимодействие с поисковыми самолетами на частоте 121,5 МГц. Оба передатчика устанавливаются на автоматический радиобуй АРБ-406, и по сигналу на частоте 406 МГц спутник системы с помощью эффекта Доплера может самостоятельно определить координаты объекта. До появления системы и в первые годы ее функционирования в качестве аварийных передатчиков использовались маломощные на частоте 121,5 МГц для поиска с самолетов. Система могла принимать сигнал и от них, но в этом случае она просто ретранслировала его на землю, где и определялись координаты объекта[1].

Международная спутниковая система КОСПАС-SARSAT является одной из основных частей ГМССБ и предназначена для  обнаружения и определения местоположения судов, самолетов, других объектов, потерпевших аварию. Система КОСПАС-SARSAT одобрена Международной морской организацией (ИМО) и Международной организацией гражданской авиации (ИКАО). Система образована в 1977 году на основе международного сотрудничества СССР (КОСПАС) с одной стороны и США, Канады и Франции (SARSAT) с другой. Функционирование КОСПАС-SARSAT началось с запуска 30 июня 1982 года советского спутника «Космос-1383» (другое название — КОСПАС-1).

Первый практический случай спасения людей с помощью  системы произошел 10 сентября 1982 года еще на стадии отработки технических средств системы, когда советский спутник «Космос-1383» ретранслировал сигнал бедствия с разбившегося в горах Канады небольшого самолета. Аварийный сигнал через спутник был принят канадской наземной станцией. В результате спасательной операции были спасены три человека[1]. На начало 2002 года с помощью системы КОСПАС-SARSAT спасено более 10 000 человек. В одном только 1998 году произведено 385 спасательных операций, в результате которых было спасено 1334 человека.

05 декабря 1997 года на заседании межведомственной комиссии Министерства по чрезвычайным ситуациям (МЧС) России было принято решение рассматривать систему КОСПАС-SARSAT как необходимый элемент организации поиска и спасания объектов, попавших в кризисную ситуацию.

“Стрелка”

Радиолокатор "Стрелка" построен по классической схеме с цифровым накоплением и обработкой принятых импульсов. Функциональная схема формирования, приема и обработки сигналов выглядит следующим образом. 

Несущая частота  излучения радиолокатора 24,15ГГц. Длительность импульса по уровню 0,5Р изл. =30нсек. Период повторения импульсов 25мксек.  
Обработка сигналов заключается в формировании и накоплении пачки из 256x1024 импульсов для каждого элемента дальности (т.е. отраженных от объектов сигналов), выполнении над ними быстрого преобразования Фурье (спектральный анализ) и обнаружении "отметок" от целей.  
В отличие от известных вам полицейских радаров в изделии осуществляется обработка не только сигнала, имеющего максимальную доплеровскую скорость, а всех отраженных сигналов. Затем производится экстраполяция данных, и формируется матрица координат целей, содержащая данные: № цели , V цели, D цели. Количество строк в матрице соответствует количеству целей. Сформированный в радиолокаторе текущий массив данных передается в компьютер для последующей обработки. Максимальная скорость обработки радарных данных составляет в настоящее время 80 мсек., что дает возможность синхронизировать отсчеты радара с потоком видеосигналов от панорамной видеокамеры, производящей отсчеты 12 кадров в секунду.  
Как правило, этой скорости достаточно для создания зрительно непрерывного ряда видеоданных. 
Структурная схема и внешний вид блоков и узлов, входящих в состав радиолокатора "Стрелка" представлены на рисунке