книги из ГПНТБ / Генике, А. А. Геодезические фазовые дальномеры

около И с. Источник излучения — арсеиид-галлиевый светодиод.

Рис. 120

Прибор потребляет мощность около 20 Вт. Масса приемо-перѳдат- чика 20 кг, ленточного перфоратора — 11,5 кг. Применяются трипельпризменные отражатели из 7 и 19 призм.'

§ 28. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАДИОДАЛЬНОМЕРЫ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Радиодальномеры РДГ и РДГВ

Разработанные в Советском Союзе радиодальномеры РДГ и РДГВ представляют собой фазовые радиодальномеры, работающие в десятисантиметровом диапазоне радиоволн. Измерение расстояний можно производить в любое время суток и года при любых метеоро­ логических условиях (за исключением сильного дождя), но при нали­ чии прямой видимости между конечными точками.

Радиодальномеры РДГВ представляют собой более позднюю разработку, чем РДГ. Их основное различие состоит в том, что все станции, входящие в комплект РДГВ, имеют одинаковую конструк­ цию. Каждая из них может работать как в режиме «ведущей», так и в режиме «ведомой».

Поскольку основные технические характеристики дальномеров РДГ и РДГВ одинаковы, то ниже приведены обобщенные данные этих приборов:

180

Следует заметить, что указанные выше пределы измеряемых радиодальномером расстояний являются приближенными. На ли­ ниях длиной менее 200 м величина принимаемых сигналов становится чрезмерно большой, что может привести к искажению сигналов в индикаторном устройстве и, как следствие, к дополнительным ошибкам в измеряемых расстояниях.

Верхний предел измеряемых расстояний определяется минималь­ ной величиной принимаемого сигнала, которая в свою очередь зави­ сит не только от длины измеряемой линии, но и от рельефа местности и свойств подстилающей поверхности. Поэтому радиодальномерами РДГ и РДГВ в отдельных случаях удается измерить расстояния порядка 50 км, а иногда возникают затруднения при измерении линий короче 30 км.

Приведенная выше точность измеряемых радиодальномерами расстояний также является лишь ориентировочной величиной, поскольку она существенно зависит от внешних условий в момент измерений (как, например, от равномерности распределения метеоро­ логических условий вдоль измеряемой линии и от величины сигналов, отражаемых подстилающей поверхностью).

В основе принципа действия радиодальномеров РДГ и РДГВ, так же как и большинства других современных фазовых радиодаль­ номеров, лежит низкочастотный фазовый метод. В соответствии с этим методом радиодальномер должен состоять из двух станций (ведущей и ведомой) , устанавливаемых по концам измеряемой линии. По условиям эксплуатации удобно, чтобы в комплект радиодально­ мера входило не менее трех станций, что позволяет с одной точки

181

стояния без переездов измерить последовательно два расстояния. Применительно к РДГ такой комплект составляется из одной веду­ щей и двух ведомых станций, а в случае использования' РДГВ в ком­ плект входят три одинаковые станции.

Функциональная схема радиодальномера РДГ приведена на рис. 121. Эта схема является развитием обобщенной функциональ­ ной схемы, приведенной в § 12 главы II.

На ведущей станции радиодальномера РДГ используют четыре фиксированные масштабные частоты. Эти частоты принято обозна­ чать прописными латинскими буквами А, В, С и D; их значения приведены выше. Эти частоты задают цену деления отсчетного уст­ ройства радиодальномера, причем частота А является основной масштабной частотой, на которой выполняются точные отсчеты, а остальные используются лишь для разрешения неоднозначности измеряемого расстояния. Для возбуждения колебаний масштабных частот служит кварцевый генератор. Эти колебания через буферный каскад поступают в клистроиный генератор.

Клистронный генератор ведущей станции служит источником несущих колебаний, частоту которых можно плавно изменять посред­ ством механической настройки объемного резонатора в пределах от 2650 до 3100 МГц. Такая плавная перестройка несущей частоты попользуется как для взаимной настройки станций, так и для реа­ лизации методики, позволяющей ослабить влияние отраженных от подстилающей поверхности радиосигналов на результаты измерений.

При попадании колебаний масштабной частоты в клистронный генератор несущая частота изменяется в такт с этими колебаниями. Возникающие частотно-модулированные (4M) колебания десяти-, сантиметрового диапазона с помощью антенной системы направлен­ ного действия излучаются в направлении ведомой станции, а час­ тично — и на вход собственного приемника.

Передающая часть ведомой станции радиодальномера состоит из аналогичных узлов. Основное отличие состоит в том, что частоты кварцевого генератора ведомой станции отличаются от соответствую­ щих частот ведущей станции на 1 кГц, а несущая частота настраи­ вается так, чтобы она была на 33 МГц выше соответствующей несу­ щей частоты ведущей станции. При работе на основной масштабной частоте А на ведомой станции последовательно используются две частоты А + и А~, которые соответственно ниже и выше частоты А на 1 кГц. Применение на ведомой станции таких двух частот поз­ воляет исключить из результатов измерения фазовые задержки сиг­ налов, которые они приобретают при прохождении по электриче­ ским цепям внутри станций радиодальномера.

Приемные устройства как ведущей,- так и ведомой станций пост­ роены по супергетеродинной схеме со смесителями на входе прием­ ников, причем в качестве местного генератора (гетеродина) исполь­ зуется свой собственный передатчик. На выходах смесителей веду­ щей и ведомой станций с помощью усилителей промежуточной частоты (УПЧ) выделяются колебания разностной частоты двух

182

клистронных генераторов. Частота этих колебаний, равная 33 МГц, получила название промежуточной.

Поскольку 4M колебания двух станций модулированы различ­ ными частотами, то в результате возникают биения амплитуды колебаний промежуточной частоты. Частота этих биений равна раз­ ности частот кварцевых генераторов ведущей и. ведомой станций, т. е. 1 кГц. Таким образом, в результате взаимодействия двух 4M колебаний на выходах смесителей обеих станций выделяются коле­ бания с частотой 33 МГц, амплитуды которых изменяются с частотой 1 кГц. Этн амплитудно-модулированные (AM) колебания подверга­ ются усилению в УПЧ, а затем детектированию амплитудным детек­ тором. В процессе детектирования из амплитудно-модулированных колебании промежуточной частоты выделяются низкочастотные (НЧ) синусоидальные колебания с частотой 1 кГц, причем фаза этих колебаний зависит от величины измеряемого расстояния.

Для измерения разности фаз между НЧ колебаниями, снимае­ мыми с выходов амплитудных детекторов ведущей и ведомой стан­ ций, необходимо НЧ колебания, образующиеся на ведомой станции, передать на ведущую станцию, в состав которой входит фазометр. В радиодальномере РДГ эта передача осуществляется посредством преобразования на ведомой станции низкочастотных синусоидаль­ ных колебаний в импульсные сигналы. С этой целью колебания с выхода амплитудного детектора поступают через фазоинверсный каскад, назначение которого будет пояснено ниже, в формирователь импульсов, а с последнего — в клистронный генератор ведомой стан­ ции. В результате несущие колебания ведомой станции оказываются одновременно модулированными по частоте как синусоидальными колебаниями, поступающими от кварцевого генератора, так и им­ пульсным сигналами, образующимися в формирователе импульсов.

Несущие колебания с такой сложной модуляцией излучаются антенной системой ведомой станции в направлении ведущей станции. После прохождения измеряемого расстояния эти колебания посту­ пают на вход приемного устройства ведущей станции, где смеши­ ваются с собственными 4M колебаниями этой станции. Если бы отсутствовала дополнительная импульсная модуляция, то, как уже отмечалось выше, взаимодействие двух 4M колебаний приводит к возникновению наі входе УПЧ амплитудно-модулированных коле­ баний промежуточной частоты. При наличии импульсной модуляции колебания промежуточной частоты на ведущей станции оказываются модулированными как по амплитуде синусоидальными колебаниями с частотой 1 кГц, так и по частоте импульсными сигналами с часто­ той повторения импульсов 1000 имп./с.

Для выделения из модулированных колебаний промежуточной частоты импульсных сигналов к выходу УПЧ ведущей станции помимо амплитудного детектора подключается также частотный детектор.

' После соответствующего усиления импульсные сигналы с выхода частотного детектора поступают в фазоизмерительное устройство.

184

В радиодальномере РДГ использован прямой метод измерения разности фаз, получивший название метода круговой развертки. В качестве фазометра применена электроннолучевая трубка. Круго­ вая развертка на экране трубки формируется с помощью синусоидаль­ ных сигналов, снимаемых с амплитудного детектора. Затемнение (т. е. разрыв) на круговой развертке образуется импульсными сигналами, поступающими с выхода частотного детектора через усилитель на управляющий электрод электроннолучевой трубки. По круговой шкале, помещаемой перед экраном трубки, оператор отсчитывает разность фаз, которая определяется количеством деле­ ний шкалы от нуля до начала разрыва при движении по часовой стрелке.

В радиодальномере РДГ круговая шкала разделена на 100 деле­ ний. При использовании частоты А цена деления шкалы равна одной наносекунде, что соответствует 15 см в измеряемой длине линии.

В процессе измерения расстояния с помощью радиодальномера оператор производит грубые и точные отсчеты. Под грубыми отсче­ тами принято понимать отсчеты, выполняемые на частотах А, В, С и D. Эти отсчеты используют только для разрешения неоднознач­ ности результатов измерения.

Точные отсчеты производят только на частотах А+, А" и исполь­ зуют для уточнения последних цифр в приближенном значении времени прохождения. С целью уменьшения ошибок, связанных с искажениями круговой развертки, а также с взаимным влиянием радиоканалов при передаче сигналов с ведомой станции на ведущую, точные отсчеты как на частоте А +, так и на частоте А~ производят дважды в диаметрально противоположных точках. Для получения на круговой развертке диаметрально противоположного разрыва в схеме радиодальномера предусмотрена возможность сдвига им­ пульсных сигналов на 180°. С этой целью синусоидальные низко­ частотные колебания, снимаемые с выхода амплитудного детектора ведомой станции, поступают в специальный фазоинверсный каскад, с помощью которого создаются два синусоидальных сигнала, сдвину­ тых относительно друт друга на 180°. При переключении переключа­ теля Л 7, подключенного к выходу фазоинверсного каскада, из поло­ жения «-(-я» в положение «—я» синусоидальные колебания на входе формирователя импульсов изменяют фазу на 180°. Импульсные сигналы, формируемые из этих колебаний, а следовательно, и раз­ рыв на экране трубки ведущей станции также смещаются на 180°. Таким образом, при точных отсчетах на каждой несущей частоте производят 4 отсчета,- два отсчета на частотах А + и А~ при положе­ нии переключателя Д 7 «+я», а два — на тех же частотах при поло­ жении «—я».

Для уменьшения ошибок, обусловленных отраженными радио­ волнами от подстилающей поверхности и окружающих объектов, точные отсчеты выполняют на нескольких несущих частотах.

Помимо функций фазометра электроннолучевая трубка на веду­ щей станции выполняет и функции контрольного прибора, с

185

I

помощью которого контролируют величину и форму принимаемых импульсных сигналов. Для этого переключатель І74 на ведущей станции переводят из положения 1 в положение 2. Импульсные сигналы в данном случае будут попадать не на управляющий элект­ род, а на вертикально-отклоняющие пластины трубки. На горизон- іально-отклоияющие пластины при этом по-прежнему поступает синусоидальное напряжение, используемое как напряжение разверт­ ки. На экране трубки вместо круговой наблюдается горизонтальная развертка с вертикально расположенным импульсом. Что касается электроннолучевой трубки на ведомой станции радиодальномера, то ее используют исключительно для контрольных целей. Так, с по­ мощью этой трубки можно визуально контролировать формирование импульсных сигналов па ведомой станции, для чего на одну пару отклоняющих пластин трубки подают с выхода усилителя низкой частоты синусоидальное напряжение, а на другую — импульсный сигнал. Изображение, которое при этом наблюдается на экране, приведено в правом нижнем углу функциональной схемы радио­ дальномера РДГ (см. рис. 121).

Для получения правильной формы круговой развертки на веду­ щей станции и для исключения связанных с этим ошибок необхо­ димо, чтобы разность между масштабными частотами А, В, С и D ведущей станции и соответствующими частотами А +, А~, В, С и D ведомой станции была одинаковой в течение всего процесса измере­ ния. Этот процесс контроля разностной частоты, называемый в радиодальномерах «синхронизацией частот ведомой станции», также выполняют с помощью электроннолучевой трубки ведомой станции. Для этого переключатель Пв переводят в положение 2, и на те пла­ стины, куда ранее попадал импульсный сигнал, поступает синусои­ дальное напряжение с частотой 1 кГц от специального ДС-генера- тора. Если частота этого генератора не совпадает с разностной часто­ той двух кварцевых генераторов, то наблюдатель видит на экране трубки вращающуюся фигуруЛиесажу. Изменяя соответствующие частоты кварцевого генератора ведомой станции, оператор доби­ вается неподвижного положения фигуры Лиссажу на всех частотах модуляции.

Для удобства эксплуатации в радиодальномере РДГ, так же как и во всех других типах геодезических радиодальномеров, преду­ смотрена двухсторонняя радиотелефонная связь. Эта связь между ведущей и ведомой станциями облегчает процесс подготовки станций к измерениям. Кроме того, она используется в процессе измерения расстояний для передачи метеорологических данных с ведомой стан­ ции на ведущую, а также в случае необходимости для обмена инфор­ мацией различного рода.

Функциональная схема радиодальномера РДГВ имеет много общего со схемой РДГ. Как уже отмечалось выше, их основное раз­ личие состоит в том, что все станции радиодальномера РДГВ одина­ ковые, т. е. каждая из них может работать как в режиме «ведущей», так и в режиме «ведомой». Поэтому при разработке схемы радио­

186

дальномера РДГВ основная задача состояла в том, чтобы рациональ­ но объединить в одной станции все узлы, входящие в состав веду­ щей и ведомой станций РДГ. На рис. 122 приведена функциональная схема одной станции РДГВ, которая посредством соответствующих переключений может выполнять функции как ведущей, так и ведо­ мой станций.

В передающей части! основное отличие РДГВ от РДГ состой! в том, что кварцевый генератор имеет девять кварцевых резонаторов (четыре характерных для ведущей станции, а остальные пять — для ведомой).

В приёмной части основной переработке подвергся осциллогра­ фический блок. С целью рационального использования электронных ламп отдельные узлы дальномера в зависимости от режима работы станций выполняют различные функции. Для упрощения схемы фазоинверсный каскад, используемый для получения диаметрально противоположного разрыва на круговой развертке, выполнен не на отдельной электронной лампе, а посредством двух встречно включен­ ных полупроводниковых диодов, входящих в состав амплитудного детектора.

Рассмотрим вкратце прохождение сигналов при работе станции в режиме «ведущей» и «ведомой». Предварительно заметим,что отдель­ ные переключатели, показанные на рис. 122, конструктивно объеди­ нены между собой. Так, единую конструкцию имеют переключатели 77.,, Л ъ и 770; П 2 и 773, а также Пв и 779.

При использовании станции как «ведущей» переключатель 77f устанавливается на одну из частот, характерную для ведущей стан­ ции (обычно на частоту А), переключатели 772 и 773 — в положение 1 переключатели 774, П ь и 776 — в положение «ведущ.», 77? — в поло­ жение 7, а П8 и 77„ — в положение «измер.».

Так же как и в РДГ, станция при этом излучает 4M колебания десятисантиметрового диапазона, а принимает от удаленной ведомой станции колебания, модулированные по частоте как синусоидаль­ ным., так и импульсным сигналами. В смесительном каскаде, УПЧ, амплитудном и частотном детекторах происходят процессы, анало­ гичные разобранным выше для дальномера РДГ. Снимаемый с амплитудного детектора низкочастотный синусоидальный сигнал поступает в УНЧ-1, а с последнего — в формирователь круговой развертки, состоящий из УНЧ-2, 90-градусной фазосдвигающей цепочки и УНЧ-3. Сигналы, попадаемые с УНЧ-2 и УНЧ-3 на откло­ няющие пластины трубки, образуют на экране трубки круговую развертку. Импульсный сигнал, снимаемый с частотного детектора, через переключатели 773, 774 и 778 попадает в каскад, который рабо­

и Т77 подается на модулирующий электрод трубки, вызывая разрыв на круговой развертке.

С помощью переключателя 77, (положение 2) импульсный сигнал может подаваться на вертикально-отклоняющие пластины, что

187

Рис. 122

позволяет проконтролировать величину и форму этого сигнала. Для того чтобы снять на этот период синусоидальный сигнал с вер- тикально-отклоияющих пластин, поступающий с выхода УНЧ-3, вход 90-градусной фазосдвигающей цепочки замыкается переключа­ телем П1 накоротко.

При работе в режиме «ведомой» станции переключатель Л } пере­ водят на одну из частот, характерных для ведомой станции (обычно на частоту Л+), а переключатели П4, П ь и Пв устанавливают в поло­ жение «ведом.». Синусоидальный сигнал с одного из выходов ампли­

1 кГц. Через переключатели П 5 и П0 (положение «синхр.») эти коле­ бания попадают на вертикально-отклонягощие пластины. Процесс установки частот по наблюдаемым фигурам Лисса^ку аналогичен рассмотренному выше для радиодальномера РДГ.

В конструктивном отношении радиодальномеры РДГ и РДГВ также имеют много общего. На рис. 123 показан внешний вид радио­ дальномера РДГ, а на рис. 124 РДГВ.

Все узлы каждой станции радиодальномеров РДГ и РДГВ смон­ тированы внутри каркаса, имеющего форму параллелепипеда. Сна­ ружи каркас закрыт съемными крышками. На одной из боковых стенок расположены все основные органы управления и электронно­ лучевая трубка. Эта стенка носит название лицевой панели (или панели управления). На противоположной боковой стенке укреплена

189