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

ОБРАЗЕЦ ЗАПИСИ

в журнале измерения длины линии светодальномером ЭОД-1

Ср. 20,6

Второй полуприем делается в том же порядке, т. е. сначала вы­ полняются измерения на отражатель, а затем по калибровочной ли­ нии, однако в этом полуприеме отсчет по шкале калибровочной ли­ ний должен отличаться на 10 делений от первого. Отличие установок по шкале калибровочной линии позволяет определить цену деления фазовращателя в линейной мере. Результаты измерений записыва­ ются в журнал (см. образец).

В заключение коротко скажем о способе измерений длин линий геодиметром NASM-2A. Отличие способа измерений этим дальномером

210

от способа измерений ЭОД-1 состоит в основном лишь в том, что масштабная частота не измеряется, так как геоднметр работает на трех фиксированных масштабных частотах. Вместо измерения частоты фиксируют только ее номер (/1, / 2 или / 3). Остальные дей­ ствия примерно те же. Конечно, показания по шкале фазовращателя

ипо оптической линии могут быть любыми в пределах одного цикла,

т.е. в пределах 7,5 м.

Рассмотрим основные источники ошибок измерений светодальномером СВВ-1.

Частотная ошибка светодальномера СВВ-1 определяется ошиб­ ками измерения частоты по волномеру и уходом частоты плавного генератора за промежуток времени между получением нулевой индикации и моментом измерения частоты волномером.

Масштабная частота определяется выражением

/ = / к ± / а .

где /к — частота кварцевого генератора волномера, а /а — значение частоты, полученное по шкале волномера.

Таким образом, ошибка намерения частоты волномером зависит от ошибки кварцевого генератора и от ошибки генератора волномера.

При периодической поверке ошибка в частоте кварцевого гене­ ратора СВВ-1 невелика и в большинстве случаев не превышает 1 • 10~в. Напомним, что эта ошибка носит систематический характер.

Более существенна ошибка в частоте плавного генератора. По­ этому шкалу волномера необходимо периодически калибровать. Для калибровки шкалы волномера пользуются гармониками гене­ ратора (см. § 21). Низкочастотный диапазон волномера СВВ-1 лежит в пределах 125—250 кГц. Следовательно, внутри этого диапа­ зона можно подобрать около сорока значений частоты, которые бу­ дут кратны частоте кварцевого генератора, равной 10 МГц. Ввиду того что масштабные частоты светодальномера СВВ-1 лежат в пре­ делах 9600—10 400 кГц, т. е. отличаются от 10 МГц до 400 кГц, то при измерении волномером масштабных частот следует пользо­ ваться 2-ой гармоникой гетеродина, что будет соответствовать часто­ там от 250 до 500 кГц.

Проведение полной калибровки шкалы волномера делается срав­ нительно редко. Для того же чтобы проверить калибровку в момент измерения длин линий, калибруют только те «кварцевые точки», между которыми находится данная масштабная частота. Ошибка всей системы «кварцевых точек» определяется в основном ошибкой в частоте кварцевого генератора.

Для измерения масштабных частот интерполируют показания «кварцевых точек» на любой отсчет по шкале волномера.

Для уменьшения влияния ухода частоты плавного генератора приемо-передатчика дальномера необходимо стремиться измерять масштабную частоту в момент получения нулевой индикации.

При измерении больших расстояний светодальномером СВВ-1 частотная ошибка оказывается основной.

Фазовая ошибка светодальномера СВВ-1 определяется ошибкой визуальной индикации, которая в значительной степени зависит от условий видимости и в первую очередь от четкости принимаемого изображения. Ее величина может быть значительной и носить не только случайный характер, но и систематический. Обычно, в зави­ симости от знака изменения масштабной частоты, наблюдатель по­ лучает различные нулевые индикации, т. е. если частота увеличи­ вается, то наблюдатель фиксирует минимум при одной, масштабной частоте, а если уменьшается, то при другой. Причем эта разность может сильно меняться в зависимости от условий наблюдений. Для исключения этой систематической ошибки необходимо каждый раз делать две индикации — один раз при увеличении масштабной ча­ стоты, а второй — при уменьшении.

Для ослабления случайной части этой ошибки необходимо мно­ гократно получать нулевую индикацию при каждой масштабной частоте. Ошибка, могущая возникнуть из-за несимметрии электри­ ческих трактов (приемного и передающего), исключается тем, что функции труб меняются: передающая используется как приемная II наоборот.

Составление программы наблюдений светодальномером СВВ-1 имеет много общего с составлением программы для светодальномера ЭОД-1.

Намечаемые для измерения масштабные частоты должны по воз­ можности располагаться на краях частотного диапазона и симметрич­ но относительно частоты кварцевого генератора волномера, т. е. частоты 10 МГц. Обычно используют четыре масштабные частоты, которым приписываются обозначения/і, / 2, / 3 и /4.

Ввиду наличия систематических ошибок показаний волномера,

-о которых говорилось выше, разность целых циклов п не всегда можно уверенно вычислить. Поэтому приходится число п определять непосредственным счетом. Счет разности циклов п ведется по нуле­ вым индикациям в порядке возрастания масштабной частоты, начи­ ная с частоты fi, при этом по шкале генератора берутся отсчеты.

Измерение длин линий одним приемом состоит из двух полуприемов и выполняется в следующем порядке.

Сначала проверяют соответствие фактических отсчетов по волно­ меру для кварцевых точек с отсчетами, полученными при калиб­ ровке. Эту поверку выполняют для двух кварцевых точек, частота одной из которых ниже частоты, соответствующей данной индикации,

а частота другой выше («младшая» и «старшая» кварцевые точки). Затем, установив на шкале волномера отсчет, полученный при его

. калибровке, при помощи корректора получают нулевые биения и, таким образом, полученную разность сводят к нулю. Далее вращением ручки «частота» устанавливают отсчет по шкале плавного генератора приемо-передатчика, несколько меньший отсчета, соответствующего масштабной частоте /і, и повышают частоту до тех пор, пока прини­ маемый световой поток не станет минимальным. В этот момент волно­ мером измеряют частоту. Затем устанавливают шкалу плавного

212

генератора на отсчет несколько больший и, уменьшая частоту, снова при минимальном световом потоке измеряют частоту. И, наконец, берут отсчет по шкале волномера, соответствующий кварцевой точке. Второй полуприем состоит из тех же действий, но выполняемых в об­ ратном порядке. Данные записывают в журнал (см. образец).

Аср — 2241 »6

(Запись измерения метеоэлементов аналогична записи журнала ЭОД-1)

Действие ошибок у топографических светодальномеров СТ-62М и «Кристалл» весьма близко к действию ошибок у светодальномера СВВ-1. Способ измерения длин линий этими дальномерами похож на способ измерения дальномером СВВ-1.

При измерении коротких линий до 300—500 м основной ошибкой является фазовая ошибка, причем при измерении очень коротких линий (короче 200 м) эта ошибка возрастает, потому что чем короче длина линии, тем больше разность масштабных частот двух смежных

213

индикаций. На рис. 131 дано графическое изображение изменения принимаемого светового потока Ф с изменением масштабной частоты, причем Д і С Д і- Отсюда видно, что при измерении коротких линий световой поток изменяется значительно медленнее, чем при измере­ нии более длинных, следовательно, получение нулевой индикации может сопровождаться большей ошибкой.

При измерениях масштабная частота определяется по заранее градуированной шкале генератора масштабной частоты.

Для калибровки шкалы в дальномере «Кристалл» используется

имеются два кварцевых генератора с частотами в 100 и 110 кГц.

от смещения частот обоих генераторов, позволяет каждый интервал в 100 кГц разделить еще на 10 частей. Таким образом, в этом даль­ номере «калибровочные точки» следуют друг за другом через 10 кГц, что приводит к уменьшению влияния частотной ошибки.

Влияние ошибок измерения метеоэлементов на результаты, полу­ чаемые топографическими дальномерами, невелико.

Программа наблюдений составляется примерно так же, как и для светодальномера СВВ-1.

При измерении длин линий дальномером «Кристалл» программа составляется в двух вариантах. При измерении литіи до 600 м можно получить внутри частотного диапазона дальномера от 2 до 12 нуле­ вых индикаций на различных масштабных частотах. Следовательно, между частотами, соответствующими двум соседним кварцевым точ­ кам шкалы генератора, будет наблюдаться по одной нулевой индика­ ции. Измерение таких линий ведут на двух нулевых индикациях, ча-. стоты которых расположены в начале и конце частотного диапазона. Число п определяют непосредственным счетом нулевых индикаций.

214

Если длина линии более 600 м, то между кварцевыми точками наблюдают по две нулевые индикации, ближайшие к кварцевым точкам. Две нулевые индикации располагают в начале частотного диапазона, а две — в конце. В этом случае число п вычисляют.

Один прием измерений состоит из следующих действий. На шкале генератора устанавливают отсчет, несколько меньший отсчета, со­ ответствующего «младшей» кварцевой точке. Затем, вращая рукоятку в сторону увеличения частоты, получают нулевые биения и записы­ вают отсчет. То же повторяют в обратном порядке, т. е. вращая рукоятку в сторону уменьшения частоты. Далее устанавливают на отсчет, несколько меньший отсчета первой нулевой индикации, вращают рукоятку в сторону увеличения частоты до тех пор, пока принимаемый световой поток не станет минимальным. Полученный отсчет по шкале записывают в журнал, после чего повторяют наблю­ дения в обратном порядке. Если измеряемое расстояние больше 600 м, то наблюдают вторую нулевую индикацию в том же порядке, и, наконец, наблюдают «старшую» кварцевую точку. На этом заканчи­ вается прямой ход. Обратный ход начинают со «старшей» кварцевой точки, затем наблюдают вторую нулевую индикацию, далее первую. Заканчивают прием наблюдением «младшей» кварцевой точки. Тем­ пературу воздуха измеряют в начале и конце наблюдений всех приемов, давление же воздуха можно измерять один раз.

Программа измерений светодальномером СТ-62 составляется по­ добным же образом, только с тем отличием, что независимо от длины измеряемой линии между кварцевыми точками наблюдают только одну нулевую индикацию.

Один прием измерений дальномером СТ-62 состоит из тех же дей­ ствий, что и прием измерений дальномером «Кристалл».

Процесс измерений светодальномером КДГ-3 такой же, как н светодальномером «Кварц», поэтому на нем останавливаться не будем. Источники ошибок и их влияние в основном такие же, как в «Кварце». Однако к ним добавляется еще влияние «фазовости» в пучке излуче­ ния. Происхождение ее иное, нежели в ЭОД-1 или геодиметрах. Фазовость в КДГ-3 возникает вследствие того, что в примененном в нем источнике излучения — светодиоде — излучение из пограничного слоя происходит в различных точках вдоль слоя с разным сдвигом во вре­ мени относительно модулирующего электрического сигнала. В итоге в сечении пучка света плоскостью, перпендикулярной направлению распространения его, сигнал в разных точках плоскости будет иметь разную фазу.

И если при измерениях на отражатель будет попадать свет, вы­ шедший то из одного участка светодиода, то из другого (а на ОКЗ будет попадать всегда из одного и того же участка!), то измерения могут оказаться искаженными недопустимо большими ошибками.

Для уменьшения влияния фазовости необходимо наводить при­ бор на отражатель возможно более единообразно (особенно в азиму­ тальном направлении), чтобы всегда работать одним и тем же участ­ ком светового пучка.

215

ОБРАЗЕЦ ЗАПИСИ в журнале измерения длины линии светодальномером «Кристалл»

§ 33. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИН ЛИНИЙ РАДИОДАЛЬНОМЕРАМИ РДГ И РДГВ

Вначале проанализируем действия ошибок при измерении длин линий радиодальномерами РДГ и РДГВ.

Так же как и для светодальномеров, основные источники ошибок радиодальномерных измерений могут быть разбиты' на ошибки, обусловленные влиянием внешних условий, и инструментальные ошибки.

Ошибки первой группы в свою очередь подразделяются на ошиб­ ки, связанные с погрешностями в определении скорости распростра­ нения радиоволн в атмосфере, и ошибки, обусловленные отражени­ ями радиоволн от подстилающей поверхности. Влияние первых из них было рассмотрено выше. Поэтому остановимся вкратце на во­ просах, связанных с влиянием отражений от подстилающей поверх­ ности.

Как уже отмечалось в § 17, диаграмма направленности антенн радиодальномеров, работающих в десятисантиметровом диапазоне, равна 10—15°. Таким образом, уже на расстоянии в несколько сотён метров диаметр поперечного сечения «конуса излучения» составляет несколько десятков метров. Поскольку станции радиодальномера устанавливаются на высоте не более 30—40 м над поверхностью

216

земли, а длина измеряемых линий в большинстве случаев составляет несколько километров, то практически всегда станции радиодально­ мера облучают значительный участок земной поверхности, располо­ женный между этими станциями. Если подстилающая поверхность хорошо отражает подающие на нее радиоволны, то на вход приемного устройства удаленной станции одновременно попадают два сигнала: прямой и отраженный. В результате интерференции этих двух сигна­ лов образуется результирующий сигнал, который из-за влияния от­ ражений получает дополнительный фазовый сдвиг, искажающий результаты измерений.

Теоретические и экспери­ ментальныеисследования сви­ детельствуют о том, что воз­ никающая при этом ошибка измерений зависит от разности хода между прямым и отра­ женным сигналами, от отноше­ ния амплитуд этих сигналов и от значения частот несущих и модулирующих колебаний. В современных радиодальноме­ рах для уменьшения влияния отраженных радиоволн длины линии измеряют на нескольких несущих частотах. При вычис­ лении среднего результата из этой серии измерений ошибка из-за отражений в большин­ стве случаев существенно умень­ шается.

При выборе линий для измерений радиодальномером необходимо стремиться к тому, чтобы подстилающая поверхность хорошо рас­ сеивала отраженные радиоволны. С этой точки зрения благоприят­ ными для радиодальномерных измерений являются линии, прохо­ дящие над лесом, кустарниками, высокой травой и т. п. К неблаго­ приятным линиям относят линии, проходящие над водной поверх­ ностью, снежным покровом и другими ровными участками земной поверхности.

О степени влияния отражений на результаты радиодальномерных измерений судят по виду графиков, представляющих собой зависи­ мость измеряемого радиодальномером времени прохождения радио­ волн от значения несущей частоты. Для более полного исключения ошибок, обусловленных влиянием отражений, стремятся к тому, чтобы упомянутый выше график имел периодический характер. Для примера на рис. 132 приведен образец графика изменений показаний по диапазону несущих частот, содержащий целый период, а на рис. 133 — образец графика, не содержащий целого" периода.

Переходим к рассмотрению инструментальных ошибок.

217

Частотная ошибка радиодальномера определяется стабильностью основной масштабной частоты кварцевого генератора ведущей стан­ ции. При соблюдении сроков эталонирования данной частоты, пред­ писываемой инструкцией по эксплуатации (не реже одного раза в месяц), частотная ошибка в радиодальномере РДГ и РДГВ неве­

лика. Значение ооычно не превышает 1*10-8. Основной инстру­

ментальной ошибкой при измерении длин линий радиодальномером являемся фазовая ошибка, которая складывается из следующих частей: 1) ошибки фазометра; 2) ошибки, обусловленные временными

рений в таком фазометре возникают ошибки отсчета по шкале и ошибки, связанные с искажением формы круговой развертки и ее сдвигом относительно отсчетной шкалы. Ошибки отсчета обусло­ влены прежде всего тем, что в радиодальномерах РДГ и РДГВ ис­ пользована слишком грубдя шкала, позволяющая произвести отсчет с точностью не выше 0,5 нс (или в линейной мере 7,5 см). При

. выполнении многократных отсчетов величина этой ошибки снижается. Ошибки фазометра второго типа обусловлены эллиптичностью круговой развертки и ее эксцентриситетом относительно круговой шкалы. Для уменьшения ошибок данного вида оператор должен тщательно формировать круговую развертку. Для облегчения этой операции в последних выпусках радиодальномеров на прозрачную шкалу, помещаемую перед экраном трубки, наносится эталонная окружность. Кроме этого, величина отмеченных ошибок сущест­ венно уменьшается. при взятии двух диаметрально противополож­ ных отсчетов, для чего в дальномере имеется возможность, переме­ щать положение разрыва, по которому производится отсчет, на 180°.

Для исключения ошибок из-за временных задержек радиосигна­ лов внутри станций радиодальномера измерения производят на двух вспомогательных частотах (+ 4 и —А) кварцевого генератора ведо­

218

мой станции. Полуразность полученных отсчетов будет свободна от фазовых сдвигов в трактах разностной частоты, т. е. во всех трак­ тах, начиная от смесителя, установленного на входе приемного устройства.

Ошибки, обусловленные внутренними отражениями, являются следствием недостаточно строгого согласования отдельных элемен­ тов антенно-фидерной системы, в результате чего на вход приемного устройства радиодальномера от своего собственного передатчика

попадает несколько сигналов, имеющих различные временные за­ держки. Если эти отражения сохраняются с течением времени не­ изменными, то их влияние на результаты измерений можно учесть при определении постоянной поправки радиодальномера.

Наряду с внутренними отражениями на результаты радиодальномерных измерений заметное влияние оказывает побочная ампли­ тудная модуляция несущих колебаний, которая сопутствует полез­ ной частотной модуляции. Для уменьшения ошибок такого вида опе­ ратор должен тщательно настраивать клистронный генератор на максимум отдаваемой Мощности (по показаниям прибора «Ток кри­ сталла») при переходе с одной несущей частоты на другую.

Ошибки, обусловленные взаимным влиянием радиоканалов, воз­ никают из-за того, что с ведомой станции на ведущую необходимо передавать одновременно по одному радиоканалу как колебания от кварцевого генератора, так и импульсные сигналы, поступающие в клистронный генератор с выхода формирователя импульсов. Воз­ никающие при этом ошибки измерений существенно уменьшаются при взятии двух отсчётов со сдвигом на 180° импульсных сигналов, которые вызывают разрыв на круговой развертке. Таким образом, 180-градусный сдвиг разрыва позволяет одновременно уменьшить как ошибки фазометра, так и ошибки из-за взаимного влияния радио­ каналов. Однако для борьбы с последними важно, чтобы такой сдвиг производился на ведомой, а не на ведущей станции.

Приведенный разбор действия ошибок позволяет установить наиболее рациональную методику измерения длин линий радио­ дальномерами РДГ и РДГВ.

Для ослабления действия ошибок измерения метеоэлементов на величину скорости распространения радиоволн необходимо изме­ рять длины линий в течение двух-трех периодов суток, характери­ зуемых различными метеорологическими условиями.

Влияние отражений от подстилающей' поверхности можно суще­ ственно ослабить посредством выполнения измерений на серии различных несущих частот.

Инструментальные ошибки могут быть значительно уменьшены кад за счет многократности отсчетов по шкале фазометра, так и за счет описанных выше переключений и тщательности рекомендуемых настроек.

Программа измерений радиодальномером весьма проста и со­ стоит из следующих этапов:

. 1) взятие грубых отсчетов,

219