Раздел III. Ишеше гецезиесш сети спцен

В современных светодальномерах для понижения частоты колеба­ний применяют принцип гетеродирования, основанного на взаимодей­ствии (смешении) двух или более колебаний различных частот.

Если на смеситель поступает сигнал частоты /₁ и сигнал от гетеро­дина (вспомогательного источника колебаний — генератора) с часто­той /₂, то на выходе смесителя образуется совокупность (спектр) коле­баний различных частот, среди которых имеются колебания разностной частоты /₃ = /_х— /_Т Эти колебания можно выделить с помощью спе­циального фильтра, настроенного на разностную частоту /₃.

Таким образом происходит понижение частоты сигнала /₁ до значе­ния /₃. Весьма важно при этом, что фаза колебания разностной часто­ты равна разности фаз смешиваемых колебаний. Поэтому если с коле­баниями гетеродина частоты /₂ смешиваются два колебания одинаковой частоты /_/( но с различными начальными фазами ср₁ и <р'_}, то в резуль­тате фильтрации на выходе смесителя получают два колебания одина­ковой частоты /₃ с разностью фаз исходных колебаний А ф = — <р'_г Иными словами, при гетеродировании фазовые соотношения смешива­емых и разностных колебаний не меняются. Это важное обстоятельство позволяет заменить измерение разности фаз двух колебаний одинако­во высокой частоты измерением разности фаз двух низкочастотных колебаний, что технически проще и дает более точный результат.

§ 55. Импульсный метод измерения расстояний

Приемопередатчик

Отражатель

Рис. 74. Принципиальная схема импульсного светодальномера

Отдельные световые импульсы, излучаемые источником света 1, на­правляются на полупрозрачную пластину 2, с помощью которой часть энергии светового импульса отражается и поступает в приемное уст­ройство 4, где от данного опорного сигнала запускаются электронные часы. Другая, основная часть энергии (информационный сигнал) про­ходит на дистанцию и после отражения от отражателя 5 падает на зер­кало 3 и, отражаясь от него, также попадает в приемное устройство. Информационный сигнал останавливает электронные часы. Расстояние вычисляется непосредственно по формуле

где 5 — постоянная приборная поправка.

Как отмечалось ранее, импульсный метод основан на непосредственном измерении времени распространения коротких, следующих с регулярной частотой импульсов электромагнитной энергии, которые излучаются приемопередатчиком и проходят путь до отражателя и обратно (рис. 74).

ЕН1

ПАШ 11.1ИЕ11ЫЕ ИЗИЕРЕ111»СЕТИ СГУЩЕ1И1

К достоинствам импульсного метода можно отнести следующие:

• осуществляется прямое измерение полного расстояния; при этом отсутствует необходимость (как в других методах) знать его при­ближенное значение;

• использование импульсных лазерных источников излучения позво­ляет обеспечить более высокую мощность по сравнению с непре­рывным излучением; это позволяет повысить дальность измерений, а небольшие расстояния до объектов измерять без применения спе­циальных отражателей.

Основным недостатком импульсного метода является меньшая, по сравнению с другими методами, точность измерения расстояний, обусловленная, в основном, погрешностью определения времени про­хождения электромагнитным импульсом двойного расстояния между конечными точками измеряемой линии.

С учетом выражения (201) средняя квадратическая погрешность измерения расстояний определяется как

т₀=^т_г (215)

Принимая точность измерения времени в современных импульсных дальномерах т₁ = 10 не (1нс = 110 ⁹ с), а скорость распространения элект­ромагнитной волны л = 310⁸ м/с, имеем т₀ = 1,5 м. Поэтому импуль­сный метод получил применение при измерениях больших дальностей: в космической геодезии для определения расстояний до искусственных спутников Земли и Луны, в радиовысотомерах для определения высоты полета самолета при аэрофотосъемке и т. п.

В последнее время создано новое поколение лазеров, позволяющих генерировать сверхкороткие импульсы длительностью Ю'¹⁰Т,10'¹² с, что создает предпосылки для создания импульсных дальномеров с точно­стью измерения расстояний порядка нескольких мм.