3.5.2 Демодуляция

Демодуляцией или детектированием в радиотехнике называется такой процесс, в результате которого из сложного модулированного колебания выделяется или извлекается модулирующее колебание. Соответствующие устройства называются демодуляторами или детекторами.

3.5.3 Гетеродирование

Гетеродированием называют взаимодействие (смешение) колебаний двух (или более) различных частот. Это взаимодействие может представлять собой перемножение или более сложную операцию, определяемую видом характеристики смесителя.

Гетеродирование используется для преобразования, в частности понижения частоты колебаний. Разность фаз колебаний разностной частоты равна разности фаз исходных колебаний, или, другими словами, при гетеродировании фазовые соотношения не изменяются.

Этот весьма важный вывод говорит о том, что измерение разности фаз двух колебаний высокой частоты можно, применив гетеродирование, заменить измерением разности фаз двух низкочастотных колебаний, что выполняется технически проще и точнее. Поэтому гетеродирование широко используется в современных дальномерных устройствах.

4 Общие сведения о методах измерения расстояний при помощи электромагнитных волн

4.1 Физическая основа методов

Возможность измерения расстояний при помощи электромагнитных волн основана на зависимости пути, проходимого волной, от времени его прохождения. В предположении, что электромагнитная волна распространяется строго прямолинейно с постоянной скоростью , эта зависимость представляет собой уравнение прямолинейного равномерного движения

, (4.1)

и, следовательно, за некоторый конечный интервал времени волна пройдет конечное расстояние

,

для определения которого необходимо измерить интервал времени и знать скорость распространения волны .

Пусть расстояние соответствует некоторому отрезку между точками и (рис. 4.1,а). Чтобы измерить время , надо зафиксировать момент выхода волны из точки и момент прихода волны в точку . Технически это легче всего сделать в том случае, если оба момента будут фиксироваться одной и той же аппаратурой. Поскольку невозможно иметь одно и то же устройство одновременно в точках и , поступают следующим образом. В точке волну заставляют отражаться обратно в точку , в которой располагают измерительную аппаратуру, и производят фиксацию моментов выхода и возвращения волны в точке (рис. 4.1,б). Таким образом, реально определяемый интервал времени есть , т.е. соответствует двойному расстоянию , и поэтому искомое расстояние определяется соотношением

. (4.2)

а)

б)

Рис. 4.1 – Иллюстрация к методу измерения расстояния D с использованием электромагнитных волн

Измерительный процесс сводится, следовательно, к измерению интервала времени . Так как скорость электромагнитных волн очень велика (~3·10⁸ м/с), то этот интервал времени чрезвычайно мал даже при больших расстояниях. Например, при величина составляет всего (миллисекунд)

Столь малые временные интервалы требуется измерять с очень высокой точностью, чтобы получить удовлетворяющую геодезическим требованиям точность измерения расстояния. Непосредственно из уравнения (4.2) следует, что погрешность измерения времени можно оценить по формуле (пояснить; использовать формулы из теории математической обработки геодезических измерений)

(4.3)

Если, например, поставить требование, чтобы расстояние было определено с погрешностью , что при , что соответствует относительной погрешности , интервал времени необходимо измерить с погрешностью не более (соответственно, наносекунд и пикосекунд). Это означает, что все 10 цифр после запятой в числе секунд являются значащими (пояснить; 2·10^-10=0,0000000002 с; округлять до 0 нельзя, так как первая значащая цифра стоит в данном случае на 10 месте справа от запятой).

Для достижения такой точности необходимы специальные методы измерений. К настоящему времени разработан ряд таких методов, различающихся по техническим принципам. Этими методами измеряют либо непосредственно временной интервал, либо другой параметр, являющийся определенной функцией временного интервала. В зависимости от конкретного метода реализуется та или иная схема измерения расстояний, определяющая соответствующую функциональную схему построения измерительной аппаратуры.

Физическая сущность всех методов измерения расстояний заключается в сравнении одного и того же параметра, связанного с электромагнитным излучением, до и после прохождения излучением измеряемой дистанции.

Обычно аппаратура на одном конце измеряемой линии содержит передатчик и приемник, а на другом конце – отражатель. Один и тот же сигнал от передатчика направляется на приемник одновременно по двум различным путям: непосредственно (без выхода на дистанцию) и через измеряемую дистанцию (путь от отражателя и обратно), как показано на рис. 4.2.

Рис. 4.2 – Общая схема измерения расстояний при помощи электромагнитных волн

Первый путь называется опорным каналом или трактом, а идущий по нему сигнал – опорным сигналом. Второй путь образует дистанционный или информационный канал. Соответственно приходящий от отражателя сигнал называется дистанционным или информационным сигналом.

В приемнике осуществляется сравнении опорного и информационного сигналов по избранному параметру, или, другими словами, измеряется их различие по этому параметру. Так как эти сигналы образованы от одного и того же сигнала передатчика, то указанное различие обусловлено только тем, что они проходят различные пути: опорный сигнал проходит путь внутри прибора, а информационный – путь , т.е. измеряемое различие является функцией разности путей , содержащей искомую величину .