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

антенная система, состоящая из облучателя и параболического метал­ лического «зеркала». «Зеркало» сделано в виде двух съемных поло­ винок, которые при транспортировке складываются, образуя свое­ образную раковину, предохраняющую облучатель от механических повреждений. В нижней крышке имеется резьбовое отверстие для

Рис. 124

крепления станции на штативе. Центр этого отверстия является точ­ кой относимости, от которой отсчитывается измеряемое расстояние.

Каждая станция радиодальномера РДГ и РДГВ приспособлена для переноски за спиной. Панель управления при транспортировке закрывается съемной крышкой.

Радиодальномер «Луч»

Дальнейшим развитием радиодальномерной техники в Советском Союзе явился радиодальномер «Луч», в котором устранены многие недочеты, свойственные радиодальномерам РДГ и РДГВ. Так, радио­ дальномер «Луч» работает в трехсантиметровом диапазоне радио­ волн, в результате чего влияние отраженных от подстилающей по­ верхности радиоволн проявляется значительно меньше, чем при использовании дальномеров десятисантиметрового диапазона. В каж­ дой станции радиодальномера «Луч» приемо-передатчик конструк­ тивно отделен от индикаторного блока и соединен с последним 25-

190

метровым гибким кабелем. Такая конструкция дальномера поз­ воляет поднимать приемо-передатчшш на сравнительно легкую переносную мачту и выполнять линейные измерения без постройки геодезических наружных знаков. В дальномере «Луч» переработке подверглись также многие электрические узлы схемы.

Основные технические характеристики прибора следующие:

В комплект радиодальномера входят три взаимозаменяемые стан ции. Так же как и для радиодальномеров РДГ и РДГВ, максималь­ ная дальность действия существенно зависит от рельефа местности. В 1969—1971 гг. при выполнении производственных работ радио­ дальномером «Луч» неоднократно измерялись линии длиной от 50 до 90 км.

Функциональная схема радиодальномера «Луч» показана на рис. 125, где для упрощения приведены только те узлы, которые необходимы при работе одной станции в режиме «ведущей», а дру­ гой — в режиме «ведомой».

Как и в дальномере РДГВ, источником колебаний масштабной частоты служит кварцевый генератор, содержащий 9 кварцевых резонаторов. В качестве источника колебаний несущей частоты в радиодальномере «Луч» используется отражательный клистрон с внутренним объемным резонатором. Несущую частоту клистронных генераторов, работающих в диапазоне 8600—8900 МГц, можно плавно изменять в пределах 200 ± 50 МГц. Управление несущими колебаниями производится Ію частоте (частотная модуляция).

При работе радиодальномера кварцевые генераторы «ведущей» и «ведомой» станций отличаются по частоте на 1 кГц, а клистронные генераторы настраивают так, чтобы частота «ведомой» станции была на 33 МГц выше частоты «ведущей» станции.

С помощью волноводной фидерной системы и параболической антенны 4M колебания СВЧ диапазона излучаются в направлении удаленной станции, а частично попадают на вход собственного при­ емного устройства.

191

Работа смесителей, УПЧ и амплитудных детекторов обеих стан­ ций аналогична работе соответствующих узлов в радиодальномере РДГ.

Рис. 125

Низкочастотный синусоидальный сигнал, снимаемый с выхода амплитудного детектора «ведомой» станции, поступает в фазоинверс­ ный каскад, с помощью которого можно изменять фазу сигнала на

192

180°. В отличие от разобранных выше схем радиодальномеров РДГ и РДГВ данные низкочастотные колебания не преобразуются в им­ пульсный сигнал, а после соответствующего усиления с помощью УНЧ попадают в частотный модулятор, который является составной частью вспомогательного генератора, генерирующего синусоидаль­ ныеколебания с частотой 83 кГц (номинальное значение этой час­ тоты в различных образцах радиодальномера «Луч» может быть раз­ лично). При воздействии низкочастотным сигналом на частотный модулятор вспомогательного генератора возникают 4M колебания вспомогательной частоты, которые поступают в клистрониый гене­ ратор «ведомой» станции, где происходит вторичная частотная моду-, ляция.

На выходе УПЧ «ведущей» станции помимо амплитудного детек­ тора последовательно включены два частотных детектора, причем с первого из них снимаются 4M колебания вспомогательной частоты, а со второго — низкочастотные синусоидальные колебания с часто­ той 1 кГц. Последние через УНЧ попадают на один из входов фазо­ измерительного устройства, причем на другой вход поступают коле­ бания с выхода амплитудного детектора «ведущей» станции.

Для измерения разности фаз между этими колебаниями в радио­ дальномере «Луч» применен компенсационный метод с использова­ нием фазовращателя и фазового детектора. При таком методе изме­ рения разности фаз начальная фаза сигнала, поступающего с ампли­ тудного детектора, плавно изменяется с помощью градуированного фазовращателя. Если разность фаз подаваемых на фазовый детек­

используется в такой схеме как индикаторное устройство, а измеря­ емая разность фаз снимается со шкалы фазовращателя.

В процессе измерения линий радиодальномером точные отсчеты производят на частотах А +и А~, а затем вычисляют их полуразность. Для того чтобы избежать раздельной записи отсчетов на частотах А* и А~ и последующего вычисления полуразности в радиодально­ мере «Луч» применено устройство для непосредственного отсчптыва-

нпя по шкале значении — -—-. Для этого перед круговой отсчетнои

шкалой помещен поворачиваемый индекс. При отсчете на частоте А + стрелочный прибор фазового детектора устанавливают на нуль вращением фазовращателя. Однако отсчет при этом не производят, а против нуля круговой шкалы ставят индекс. При отсчете на ча­ стоте А~ вращением фазовращателя снова добиваются нулевых по­ казаний стрелочного прибора. Получившееся при этом число деле­ ний шкалы фазовращателя (относительно ранее установленного положения индекса) соответствует разности отсчетов на частотах А+ и А~. Для получения полуразности вся шкала разбита не на 100, а на 50 делений. /-

При переходе в трехсаитиметровый диапазон радиоволн требования

\

к относительной нестабильности частоты клистронных генера­ торов повышаются. Это обусловлено тем, что при уходе одной из несущих частот изменяется промежуточная частота, и ее значение может оказаться за пределами полосы пропускания УПЧ. Сигнал на выходе УПЧ прн этом исчезает. Для устранения этого недостатка в схему «ведомой» станции радиодальномера «Луч» введена система автоматической подстройки частоты (АПЧ).

Эта система представляет собой усилитель постоянного тока, вход которого соединен с частотным детектором «ведомой» станции, а выход — с отражательным электродом клистронного генератора. Если разностная частота клистронных генераторов точно соответ­ ствует резонансной частоте УПЧ, то постоянное напряжение на вы­ ходе частотного детектора равно нулю, н система АПЧ не влияет на работу клистронного генератора. Если разностная частота отли­ чается от резонансной частоты УПЧ, то на выходе частотного детек­ тора появляется постоянное напряжение, которое через усилитель постоянного тока воздействует на отражатель клистрона. Частота клистронного генератора при этом изменяется, стремясь вернуться к тому значению, нрп котором разность частот клистронных генера­ торов «ведущей» п «ведомой» станций точно равна резонансной ча­ стоте УПЧ.

Синхронизация частот кварцевого генератора «ведомой» станціш выполняется в радиодальномере «Луч» с помощью фазового детектора п .йС-генератора, генерирующего колебания с частотой 1 кГц. Для этого переключатель на выходе УНЧ «ведомой» станции пере­ водят в положение «контроль». На фазовый детектор в данном слу­ чае попадают колебания разностной частоты с выхода амплитудного детектора и колебания от і?С-генератора. Если разность частот этих колебаний невелика, то стрелка прибора фазового детектора начинает колебаться с разностной частотой. По мере сближения этих частот уменьшается и частота колебаний стрелки прибора. Равенство частот соответствует случаю, когда частота колебаний стрелки равна нулю; при этом обычно стрелка прибора отклоняется от нуля в одну сторону.

При организации радиотелефонной связи, так же как и в радио­ дальномерах РДГ и РДГВ, вход клистронного генератора соединяет­ ся с микрофоном, а выход 1-го частотного детектора — с телефоном.

Конструктивно каждая станция радиодальномера «Луч» состоит из трех основных частей: приемо-передатчика, индикаторного блока и соединительного кабеля. Внешний вид одной станции пока­ зан на рис. 126.

В состав приемогпередатчика входят клистронный генератор, смеситель и антенно-фидерная система. Кроме того, он содержит отдельные механические узлы и приспособления, назначение которых пояснено ниже.

Конструкция приемо-передатчика приспособлена для установки как на штативе, так и на матче. Для точной ориентировки антенной системы в направлении измеряемой линии, а также с целью измере­

194

ния нескольких линий без разборки манты прнемо-передатчик снаб­ жен поворотным механизмом, который приводится в движение ре­ версивным электромотором. Управление этим механизмом вынесено на панель управления индикаторного блока, который обычно устана­ вливается на штативе рядом с основанием мачты.

Поскольку клистронный генератор расположен в прнемо-пере- датчике, то для механической настройки объемного резонатора при­ менена система дистанционного управления, куда входят реверсив­

§29. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАРУБЕЖНЫХ РАДИОДАЛЬНОМЕРАХ

Втечение последних 15 лет (1957—1971 гг.) геодезические фазо­ вые радиодальномеры ' интенсивно разрабатывались в ряде стран:

Венгрии, ГДР, Польше, США, ФРГ, Швейцарии, ЮАР, Японии и др. Специально созданная дальиомерная фирма «Теллурометр» (ЮАР)

разработала за эти годы около десятка различных моделей радио­ дальномеров, получивших название «теллурометров».

Впроцессе совершенствования радиодальномеров решались та­ кие проблемы, как взаимозаменяемость станций, переход в более коротковолновый диапазон радиоволн, отделение антенной системы от индикаторного блока, усовершенствование фазоизмерительной системы, уменьшение потребляемой мощности, веса и габаритов станций.

Внастоящее время почти все выпускаемые радиодальномеры имеют взаимозаменяемые станции, причем большинство из них ра­ ботают в трехсантиметровом диапазоне радиоволн. В отдельных

Рис. 127

типах радиодальномеров использован 8-миллиметровый диапазон. Примером такого дальномера может служить «Теллурометр» (мо­ дель MRA-4). Внешний вид MRA-4 показан на рис. 127. Основной отличительной чертой этого дальномера является высокая точность измерений. По данным фирмы «Теллурометр», точность радиодально­ мера MRA-4 характеризуется ошибкой. ± (0,3 -f- 3-10"6П) см при дальности действия до 50 км.

Проблема отделения приемо-передатчика от индикаторного блока решена в радиодальномерах ГЕТ-А2 (Венгрия) и ДІ-50 (Швейцария). В последнем дальномере помимо отделения приемо-передатчика су­ щественно автоматизирован процесс измерения. Так, при работе радиодальномера все необходимые измерения производит только

196

Г л а в а IV

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИН ЛИНИЙ

§ 30. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

\

Основной задачей всякого геодезического измерения является получение измеряемой величины с требуемой точностью наиболее экономным путем.

Для того, чтобы установить наиболее целесообразный способ измерения длин линий тем или иным светоили радиодальномером, необходимо знать технические и эксплуатационные характеристики дальномеров, знать характер действия инструментальных п других ошибок, а также влияние внешней среды на результаты измерений.

Несмотря на то, что конструкции дальномеров и их технические характеристики весьма разнообразны, все-таки между всеми фазо­ выми дальномерами очень много общего, а следовательно, имеются основания говорить о некоторых общих положениях измерения длин линий такими дальномерами.

Прежде всего напомним, что всяким фазовым дальномером изме­ ряют только разность фаз, которая образуется между опорным сиг­ налом и сигналом, дважды прошедшим измеряемое расстояние. По найденной на одной масштабной частоте разности фаз измеряемое расстояние может быть уточнено лишь в пределах одного цикла.

Для разрешения неоднозначности проводят измерения на не­ скольких частотах, и тогда по найденным разностям фаз вычисляют длину пути, пройденного электромагнитной волной. Эту длину пути и отождествляют с длиною измеряемой линии.

Для анализа ошибок измерений воспользуемся формулой (17),

Для вычисления по этой формуле нужно знать масштабную частоту f и постоянную поправку дальномера К. Значения этих величин или

сляется по величине скорости в вакууме с и но измеренным значениям метеоэлементов: температуре, давлению и влажности воздуха. Число N, вычисленное на основании результатов измерений, округляется до целого. Следовательно, число N получают без ошибок. Ошибка при вычислении N возможна только на целые числа; такая ошибка

•199