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

Mlt то разность гх расстояний от этой точки до точек А и В будет

r1 = DA-D'B = ~-(N + n1 + q1) + l,

где п± — число полных фазовых циклов, соответствующих переме­ щению приемной станции из точки M в точку Мх. Теперь, имея в виду формулу (181), можно написать

Разность расстояний гх определяет линию положения в виде тп* перболы с фокусами в А и В, проходящей через точку Мх (на рис. 66 гиперболы показаны пунктиром). Для однозначного определения положения этой точки необходимо одновременно с rx = D'A — D'B получить разность расстояний г[ = D'c — D'A точки Мх до точек А и С, определяющую вторую гиперболу. Тогда точке Мх будет соответствовать точка пересечения гипербол.

няется путем непрерывного счета фазовых циклов, начиная с исход­ ной точки.

Из сравнения схем, изображенных на рис. 63 и 65, видно, что система фазового зонда может использоваться и как система радио­ лага. В этом случае задающую станцию устанавливают на движу­ щемся объекте, а отражающие — на исходных точках.

Величину

называют коэффициентом фазового зонда. Для каждой пары исход­ ных станций коэффициенты будут различными. Все сказанное отно­ сительно этих коэффициентов при описании способа радиолага пол­ ностью относится и к способу фазового зонда.

130

При помощи системы фазового зонда можно измерить расстояние D между точками А я В (см. рис. 64), поместив на одном из концов этой линии задающую, а на другом — отражающую станции. Если изменение разности фаз по индикатору станции фазового зонда при перемещении из точки С х в точку С 2 составило п + Ад, то соответ­ ствующее приращение разности расстояний до точек А и В будет

нетрудно получить из формулы (182). Повторив рассуждения, сде­

здесь величины тѵ, nif и тоф имеют тот же смысл, что и в формуле (180). Как видно из сравнения формул, влияние ошибки разности фаз в способе фазового зонда вдвое больше, чем в способе радиолага. Рассчитаем ошибку измерения для тех же данных, что и в способе

радиолага (/ = 1000 кГц, Дг = 200 км, тг = ± 3 м, - ^ = -^L = = 1-Ю-6 , т9 = ±10°)

Тог, = 1/3,02 + 2,02 + 2,02 + 8,32 - ± 9,3 м.

Достоинством способов радиолага и, фазового зонда является возможность последовательного определения положения большого числа точек. В этом отношении особенно удобен способ фазового зонда, позволяющий производить определение одновременно не­ сколькими приемо-передающими станциями, установленными на различных объектах и перемещающимися по разным маршрутам, расположенным в зоне действия задающих станций. Недостатком этих способов является сравнительно невысокая точность и необ­ ходимость в непрерывной работе аппаратуры в течение всего времени работы на маршруте.

Способы радиолага и фазового зонда наиболее выгодно приме­ нять при определении местоположения движущихся объектов, в осо­ бенности при больших расстояниях от исходных точек. Целесооб­ разно применение этих способов также при определении координат значительного числа точек, сосредоточенных в пределах некоторой площади или вдоль некоторого маршрута. Поэтому наибольшее применение они получили в радионавигации, при гидрографических и гидрометрических работах, а также при построении разреженного геодезического обоснования для топографических съемок. Целе­ сообразно применение этих способов при геодезических работах

в геофизических и других изысканиях и во всех других массовых геодезических работах сравнительно невысокой точности.

В аппаратуре, рассчитанной на применение этих способов, ис­ пользуются преимущественно средние и длинные волны, способные вследствие дифракции и относительно небольшого поглощения рас­ пространяться на значительные расстояния. Примером аппаратуры, работающей по способу радиолага и фазового зонда, является со­ ветская радиогеодезическая система РГСЦ. На таком же принципе основана английская радионавигационная система Декка и один из вариантов американской системы Рейдист.

§ 18. СПОСОБ РАДИОДАЛЬНОМЕРА

Особенностью способа радиодальномера является непосред­ ственное измерение длин линий, а не их приращений (радиолаг) или приращений разностей расстояний (фазовый зонд). Способ радио­ дальномера обеспечивает в настоящее время наибольшую точность измерения расстояний и поэтому является основным в приборах геодезического назначения.

Рис . 67

Измерение расстояний по способу радиодальномера может вы­ полняться как с помощью гармонических (немодулированных) волн, так и с помощью волн модулированных. В первом случае (рис. 67) колебания генератора эталонной частоты после усиления синхрони­ зируют задающий генератор передатчика и излучаются антенной. Эти колебания, принятые антенной отражающей станции, усили­ ваются и после трансформирования частоты в заданном отношении (например, в отношении 2/3) для разделения в приемном устройстве задающей станции посылаемых и принимаемых радиоволн возбу­ ждают передатчик. Контроль постоянства сдвига фазы принимаемых и отражаемых колебаний на отражающей станции осуществляется с помощью специального фазометра. Отраженные колебания при­ нимаются задающей станцией и после усиления подаются на фазометр, на который одновременно подаются и посылаемые колебания. Устой­ чивость режима работы системы обеспечивается принудительной синхронизацией отражающей и задающей станций. На задающей

132

вание несущей частоты на ведомой станции с целью разделения из­ лучаемых и принимаемых радиоволн на задающей станции по-преж­ нему имеет смысл, а преобразование частоты модуляции; если это не диктуется соображениями повышения точности измерений, необя­ зательно.

Рассмотрим методы разрешения неоднозначности в способе ра­ диодальномера.

Если для определения длины линии измерение разности фаз

По смыслу число N должно быть целым. Но вследствие неточного знания длины и ошибок измерения разности фаз число N, получен­ ное по формуле (186), будет дробным. Округлив найденное значение N до ближайшего целого числа, по формуле (156) получим точное значение расстояния.

Уверенное определение числа N возможно лишь при условии, что вычисленное значение будет отличаться от целого на величину SN <С0,5. Из (186) найдем соотношение между 8N и ôZ)0

откуда

Следовательно, для однозначного определения расстояния спосо­ бом радиодальномера на одной частоте необходимо заранее знать приближенную величину расстояния с ошибкой не грубее À/4 (при р = 2) или Я/8 (при р = 4). Знать заранее длину измеряемой линии

стакой точностью не всегда возможно. Поэтому фазовые дальномеры

содной фиксированной частотой не применяют.

Однозначность определения расстояния можно обеспечить изме­ рением его на двух различных частотах / х и / 2 . Если дальномер по­ зволяет переходить от частоты fx к частоте / 2 плавно (/х > / 2 ) , то, определив разность фаз (в долях фазового цикла) дг на частоте / х ,

133

Округлив найденное значение N до ближайшего целого числа, найдем расстояние D по первой из формул (188).

Многозначность при вычислении расстояния можно устранить также при измерении на двух фиксированных частотах, когда пере­ ход от частоты fx к частоте / 2 производится простым переключением, т. е. дискретно. Измеряя значения qx и q2 на каждой из этих частот,

Откуда, полагая для простоты вывода I = О, найдем

V

Dmin= р Д<7тіп

Из последних выражений найдем

Д*7тах Д ? т і п = 7, (^тах ^ т і п ) -

Согласно поставленному условию,

Д?тах — Д ? т і п ' < 1

ИЛИ

(Dmax-Dmin)<l.

134

стояния, которые можно измерить данной системой, можно найти

Рис . 6 8

Выше отмечалось, что иногда выгодно измерять разность фаз высокочастотных колебаний на низкой частоте, получаемой гетеродинированием. Блок-схема одного варианта фазового радиодально­

На отражающей станции эти колебания будут приняты с фазой

Ф ; = 2 л / 2 ( г - 4 ) + р 2 -

135

Как прямые, так и отраженные колебания на каждой станции поступают на смесители, выделяющие колебания разностной ча­ стоты. На задающей станции фаза колебаний на выходе смесителя будет

На отражающей станции на выходе из смесителя получим коле­ бания с фазой

^ = ФІ - Ф 2 = [ 2 я / х (* - ~) + ß x ] - [2я/2 * + ß2 ] -

= 2n(/ 1 - /,)* - 2n / 1 4 + ß 1 - ß « .

Колебания разностной частоты f1 — / 2 с фазой г|)2 излучаются от­ ражающей станцией. Фаза этих колебаний на входе приемника зада­ ющей станции будет

ч>;=2я (л - /а) ( * - 4 ) - 2пд 4+ßi - ß2 •

Здесь они сравниваются по фазе с колебаниями разностной ча­ стоты, полученными на выходе смесителя задающей станции. Раз ­ ность фаз этих колебаний будет иметь величину

в США в 1949 г. разработан один из вариантов радиогеодезической системы Рейдист. На этом же принципе работает геодезический радио­ дальномер «Теллурометр».

Устранения многозначности можно добиться также при измерении расстояния на двух частотах, одна из которых является низкой. В этом случае на более низкой частоте можно получить приближен­ ное расстояние для определения числа целых фазовых циклов. Точ­ ное значение расстояния после этого можно получить из измерений на высокой частоте.

Измерение расстояний фазовыми дальномерами производят обыч­ но на нескольких (от двух до пяти) частотах. Для исключения не-

136

однозначности в этом случае применяют многоступенчатый способ. Рассмотрим этот способ для случая четырех частот, независимо от того, фиксированы эти частоты или изменение их может совершаться плавно. Для упрощения вывода примем величину q в формуле (156) постоянной, как это имеет место в большинстве светодальномеров, где фиксируют постоянные значения разностей фаз, что достигается изменением фазы опорного напряжения с помощью фазовращателей на величину Афо, которой соответствует «домер», в линейной мере

равный d — -^j Афо. Полагая постоянную поправку I равной нулю, а частоты выбранными так, что

h>U>U>U

1Г7

Откуда

/ . = / і ( і - т - ) -

Величину к называют коэффициентом многозначности дально­ мера. Обозначив

àdu = d-x — di,

перепишем формулы (192), (194), третье равенство (193) и первое равенство (191) в виде

",,'(-V +

Формулы (197) решают задачу однозначного определения расстоя­ ния D при измерении на четырех частотах, связанных условием (195). Из (197) видно, что для этого сначала необходимо найти вели­ чину п12. В дальномерах с плавным изменением частоты п12 полу­ чают подсчетом числа полных фазовых циклов по индикатору. В даль­

138

ОПіа = - Д - ÔZ>0 .

Следовательно,

-/ - О Л 0 < 0 , 5 .

л1 2

Откуда получим формулу

с такой ошибкой, конечно, всегда возможно. Для дальномера с тремя

Из полученного неравенства можно найти необходимое относи­ тельное изменение частоты в зависимости от предельной ошибки

139