книги из ГПНТБ / Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие

котором В — сопротивление нагрузки фазовращателя. Если на пла­ стины (Sx и S'x и S.2 и <S2) конденсатора подать напряжения

£/m cos at;

и2 = Um sin (ot

с одинаковыми амплитудами, но сдвинутыми по фазе на 90°, то сни­ маемое с сопротивления R выходное напряжение будет равно

(при параллельном расположении катушек, когда коэффициент взаимной индукции максимален); a и 90° — a — углы между осями роторной и статорных катушек. Подставив (171) в (170), найдем

120

или

Следовательно, фазовый сдвиг наведенной в катушке L 3 э. д. с. относительно входного напряжения в индуктивном фазовращателе равен углу поворота а роторной катушки. Точность индуктивных фазовращателей сопоставима с точностью емкостных фазовращателей.

Рис . 59

При компенсационных методах измерения разности фаз вместо фазовращателей иногда используют линии задержки, один из вариан­ тов которой показан на рис. 59. Линия состоит из нескольких звень­ ев, каждое из которых меняет фазу напряжения на определенную,

где ог|э — фазовый сдвиг одного полного звена. Точность измерения фазы этим способом достигает десятых долей градуса.

Иногда ни прямые, ни компенсационные способы измерения раз­ ности фаз не обеспечивают требуемой точности. Тогда непосред­ ственное измерение разности фаз на высокой частоте заменяют опре­ делением фазового сдвига на низкой частоте (от десятков герц до единиц килогерц), на которой фазовые измерения более точны.

121

на эту частоту. Тогда на выходе второго смесителя получим напря­ жение низкой (разностной) частоты

Аналогичным образом найдем напряжение на выходе первого сме­ сителя

Разность фаз низкочастотных колебаний (174) и (175) на выходе смесителей будет

т.е. равна разности фаз высокочастотных колебаний.

Взаключение отметим, что наиболее высокую точность измерения разности фаз высокочастотных колебаний, применяемых в радио­ геодезических системах и приборах, обеспечивают измерения на низ­ кой частоте (получаемой при гетеродинировании) компенсационным способом.

Внекоторых радиогеодезических системах разность фаз опреде­ ляют подсчетом числа фазовых циклов и их долей. Подсчет произ­ водится или визуально по повторениям одинаковых фигур Лиссажу, или автоматически при помощи специальных счетчиков, самописцев или фоторегистраторов. На рис. 61, а изображено счетно-записыва- ющее устройство, применяемое в фазовых радионавигационных системах. Цифры на счетчиках показывают число прошедших фазо­ вых циклов и их долей, образованных сигналами от двух радиостан­ ций. Кроме показаний счетчиков фазовые циклы по каждому каналу регистрируются на равномерно движущейся бумажной ленте в виде штрихов. На рис. 61, б показан стрелочный индикатор английской фазовой радионавигационной системы Декка. В радионавигацион­ ной системе РГСЦ при прохождении каждого цикла фаз вспыхивает неоновая лампа, зажигаемая импульсами тока, поступающими от счетчика фазовых циклов. В моменты вспышек на движущейся пленке фоторегистратора экспонируется отверстие в экране в виде штриха.

Рассмотренные методы измерения разности фаз могут приме­ няться как в радиодальномерах, так и в светодальномерах, если в последних прямой и отраженный сигналы при помощи фотоэлек­ тронных устройств преобразуются в электрические токи.

§16. СПОСОБ РАДИОЛАГА

Вспособе радиолага задающая станция устанавливается на под­ вижном объекте (точка M на рис. 62), а ответная — на исходной неподвижной точке А. При перемещении объекта из точки M в точку

Мх задающая станция непрерывно излучает электромагнитные волны и принимает отраженные сигналы, причем по индикатору задающей станции непрерывно фиксируется изменение фазового сдвига между

12а

излучаемыми и отраженными сигналами. Таким образом, в способе радиолага определяют изменение удаления подвижного объекта от исходной точки, а не само удаление.

Для того чтобы определить расстояние между станциями в любой момент времени необходимо, чтобы удаление D точки M от точки А было заранее известно. Тогда, согласно (156), для точки M можем написать

гации.

Особенностью способа радиолага является обязательная геодези­ ческая привязка исходной точки M маршрута. Кроме того, для под­ счета целых фазовых циклов необходимо обеспечить непрерывную работу системы на протяжение всего маршрута. Так как из-за раз­ личных помех (работа широковещательных станций, влияния про­ странственных радиоволн и др.) возможны пропуски фазовых цик­ лов на индикаторе станции, то для контроля, а также для повышения точности определения расстояний кроме начальной точки M в ряде случаев привязывают к геодезической основе также последнюю точку маршрута.

Изложенным способом определяют лишь расстояние от исходной точки А до промежуточной точки М{. Для определения местополо­ жения любой промежуточной точки необходимо измерить расстояние также до другой исходной точки, например до точки В (см. рис. 62). В этом случае координаты точки можно найти из решения линейной засечки. Поэтому комплект системы, работающей по способу радио-

124

лага, состоит обычно из одной задающей и двух отражающих станций.

На рис. 63 показана обобщенная блок-схема радиогеодезической системы, работающей по способу радиолага. Задающая станция при помощи ненаправленной антенны излучает непрерывные коле­ бания постоянной частоты. Отражающие станции принимают эти колебания и после усиления трансформируют их в определенном

из которых настроен на колебания одной из отражающих станций. Для измерения разностей фаз на задающей станции имеется два фа­ зометра, на каждый из которых подается опорное напряжение от передатчика и напряжение от соответствующего приемника. Фазо­ метр отражающей станции служит для контроля постоянства сдвига фаз принимаемых и излучаемых этой станцией колебаний. Регистра­ ция фазовых циклов производится обычно автоматически с помощью специального счетно-пишущего устройства.

Величину

125

радиолага. Так как отражающие станции работают на разных часто­ тах, то при измерении разностей фаз без преобразования частоты принятого сигнала (например, по фигурам Лиссажу) для каждого канала необходимо пользоваться своим коэффициентом. Например, для радиогеодезической системы РГСЦ, работающей на основной частоте / = 1332 кГц, при величине фазового цикла, равном п (р = = 4), принимая скорость ѵ = 299750 км/с, найдем

кх — = 56,26 м/цикл

&2 = —7-S—г = 84,39 м/цикл

4 (10

Для получения коэффициента к принимают некоторое стандарт­ ное значение ѵ0 скорости распространения радиоволн. В вычислен­ ные с применением этого коэффициента приращения расстояний вво­ дят поправку за расхождение рабочей скорости ѵ со стандартной, как это было изложено в § 7. Установлено, что над большими вод­ ными пространствами существуют более благоприятные условия для распространения радиоволн, чем над сушей. Вероятнейшее значе­ ние рабочей скорости радиоволн в этих условиях считают равным 299692 км/с. Поэтому при гидрографических и океанологических работах пониженной точности обычно поправкой за изменение ра­ бочей скорости пренебрегают.

На величину коэффициента радиолага существенно влияют пара­ метры станции, которые могут значительно изменяться с течением времени и в зависимости от условий работы. Поэтому на практике

ное при перемещении задающей станции между исходными точками. Найденные таким способом коэффициенты радиолага будут соответ­ ствовать некоторой средней величине скорости радиоволн, характер­ ной для условий компарирования. При таком способе определения коэффициентов в процессе последующей работы обычно пренебрегают поправками за изменение величины рабочей скорости. Так как ко­ эффициенты с течением времени и в зависимости от условий могут измениться, то найденными из компарирования значениями этих коэффициентов можно пользоваться лишь в ограниченных условиях места и времени.

126

Д ля оценки точности расстояний, измеренных по способу радио­ лага, формулу (177) представим в виде

где Ѳ — величина полного фазового цикла. Дифференцируя эту формулу и переходя к средним квадратическим ошибкам, получим следующее выражение для относительной ошибки приращения рас­ стояния:

( 1 7 9 )

Формула для абсолютной величины средней квадратической ошибки расстояния с учетом ошибки исходной стороны D и равенства (178) будет иметь вид

Из приведенного расчета видно, что ошибка расстояния в большей степени зависит от ошибки измерения разности фаз. В случае, если при измерениях ограничиваются стандартной скоростью радиоволн,

127

не учитывая поправки за рабочую скорость, главной ошибкой будет ошибка за скорость ѵ. Относительная ошибка измеряемого расстоя­ ния за счет этого может достигать 1 : 10 ООО.

Системой радиолаг можно также измерить и расстояние между двумя точками. Для этого движущийся объект (например, судно),

Для получения разностей п + Ад, соответствующих пересече­ ниям створа, вблизи створа производят серию отсчетов через не­ большие промежутки времени. Так как в точке пересечения створа сумма расстояний до точек А и В будет наименьшей, то, приведя от­ счеты Аф к одной частоте, выбирают такие, при которых

Асра +Аф;, = т і п .

§17. СПОСОБ ФАЗОВОГО ЗОНДА

Вспособе фазового зонда измеряют приращения разности рас­ стояний от определяемой точки до двух исходных. С геометрической точки зрения этот способ является гиперболическим, аналогичным импульсному разностно-дальномерному способу. Система фазового зонда состоит из одной задающей и двух отражающих станций, уста­ навливаемых на исходных точках, и одной (или нескольких) прием­ ной станции (собственно станции «фазового зонда»). Последняя уста­ навливается обычно на движущемся объекте.

Блок-схема системы фазового зонда показана на рис. 65. Зада­ ющая станция излучает ненаправленные непрерывные электромаг­ нитные колебания постоянной частоты. Отражающие станции транс­

и отражающими станциями, принимаются станцией фазового зонда, имеющей соответственно три приемника и два фазометра, при по-

128

мощи которых определяют разности фаз задающей и соответству­ ющих отражающих станций. Фазометры имеются также на задающей

Пусть для точки M (рис. 66) известна разность г расстояний ее до точек А и В, а измеренная в точке M разность фаз колебаний, излу­ чаемых станциями А и В, соответствует разности фазовых циклов N + q. Тогда, согласно (156),

2. Это вызвано тем, что в способе фазового зонда радиоволны только один раз проходят измеряемое расстояние, тогда как формула (156) выведена Для случая распространения радиоволн в прямом и обратном направлениях. Если станция фазового зонда переместилась в точку*