§ 57. Импульсно-фазовый метод измерения расстояний

К настоящему времени разработан вариант фазового метода изме­рения расстояний, особенностью которого является импульсный режим источника излучения, что позволило резко повысить дальность изме­рений при сохранении точности фазового метода.

тт т. шгоние геодезических сете! сгири

Принципиальное отличие данного метода, получившего название импульсно-фазового, от чисто импульсного (временного) заключается в том, что непременным его условием является излучение периодиче­ской последовательности оптических импульсов, тогда как при импульс­ном методе измерение может быть выполнено на одиночном импульсе Я (моноимпульсе).

В принципе импульсно-фазовый светодальномер эквивалентен фазо­вому, только частотой модуляции здесь является частота следования импульсов излучения, которая жестко задается специальным генерато­ром и является масштабной частотой. Дальномер строится по характер­ной для фазовых дальномеров схеме с преобразованием (понижением) масштабной частоты — гетеродированием до более низкой (на несколь­ко порядков) измерительной частоты. Это позволяет измерять интервал времени между опорным и информационным импульсами с точностью фазового метода с помощью специального цифрового фазометра.

Периодичность импульсов излучения, так же как и при фазовом методе с непрерывным излучением, создает проблему разрешения не­однозначности, не возникающую при импульсном методе. Для разре­шения неоднозначности применяется метод набора фиксированных ча­стот следования импульсов в варианте кратных частот, описанный выше.

Импульсно-фазовый гетеродинный метод лежит в основе последних моделей топографических светодальномеров и дальномерных блоков электронных тахеометров. Упрощенная функциональная схема импульс­но-фазового светодальномера приведена на рис. 78.

Приемопередатчик

Рис. 78. Упрощенная функциональная схема импульсно-фазового светодаль­номера: 1 — задающий генератор масштабной частоты; 2 — формирова­тель импульсов; 3 — лазерный излучатель; 4 — фотойриемное устройство (ФЭУ); 5 — фильтр низких (измерительных) частот; 6 — счетный узел; 7 — вспомогательный генератор гетеродинной частоты; 8 — формирова­тель импульсов; 9 — смеситель; 10 — цифровое табло; 11 — генератор

счетных (квантующих) импульсов; /™^ф = = /™_м— соответственно,

масштабные и измерительные частоты информационного и опорного им­пульсов; /_г — вспомогательная (гетеродинная) частота; — частота квантующих (заполняющих) импульсов

пш и. там измереим i сети сгущения

Задающий генератор масштабной частоты 1 формирует высокоста­бильные по частоте гармонические колебания, которые модулируются формирователем импульсов 2 в импульсы напряжения заданной (мас­штабной) частоты следования /_м. Последние вызывают оптическое импульсное излучение лазера 3 такой же частоты. Модулированный световой поток импульсов оптической системой светодальномера на­правляется на отражатель 11, который параллельным пучком возвраща­ет его в фотоприемное устройство 4 (ФЭУ).

ФЭУ служит для детектирования (преобразования) оптического излучения в электрические сигналы. Одновременно с этим в ФЭУ по­даются импульсы напряжения от узлов 7 и б с частотой следования /_г вспомогательного генератора гетеродинной частоты, которая отличает­ся от частоты /_м на небольшую величину (чаще всего на 0,01%). Эти колебания смешиваются с информационным сигналом и поступают в фильтр низкой частоты 5. Из импульсных колебаний смешанной час­тоты данным фильтром выделяются низкочастотные импульсы разно­стной (измерительной) частоты /_пзм% равной

Л»=Л-/г= 0,01/„. (222)

Данные измерительные импульсные колебания усиливаются и по­ступают в счетный узел 6 цифрового фазометра, включающего в себя также цифровое табло 10.

Одновременно с измерительными импульсами в счетный узел посту­пают и опорные импульсы с такой же частотой следования /_изм = 0,0 \/_м, сформированные в смесителе 9 из частоты /_м основного задающего гене­ратора и гетеродинной частоты /_г вспомогательного генератора, но опе­режающие по времени на величину г импульсы, образованные информа­ционным сигналом (рис. 79). Величина г пропорциональна измеряемому расстоянию.

Период повторения излучаемых лазером импульсов Т_м связан с масштабной частотой соотношением

_г 1 (223)

^ м

Тогда полное время т запаздывания информационного импульса от­носительно опорного

г=М'Т_м+Аг_м, (224)

где N — число полных периодов повторения импульсов, которое со­держится в величине т и определяется при разрешении неоднознач­ности.

Величина А т_м измеряется цифровым фазометром светодальноме­ра. Однако непосредственное измерение столь малого временного ин­тервала не дает необходимой точности. Поэтому выполняется гетеро- дирование масштабной частоты, в результате чего интервал времени Ат_м заменяется на несколько порядков большим промежутком А т_изм (см. рис. 79).