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

ции. Если рамка перпендикулярна направлению, то cos ф = 0 и, следовательно, е = 0. При ф = 0 получим максимальное напряжение. Поворачивая антенну, можно добиться минимального или макси­ мального напряжения, чем будет зафиксировано направление на станцию S относительно направления рамки. Рассмотренная зави­ симость направления от ориентирования рамочной антенны и со­ ставляет сущность амплитудного метода радиопеленгации.

Аналогичный принцип можно положить также в основу фазового и частотного методов измерения углов. Пусть в точке S (см. рис. 85, а) находится передатчик, излучающий по направлению приемной станции непрерывные гармонические колебания (для фазового ме­ тода) или те же колебания, но модулированные по частоте (для ча­ стотного метода). Если на приемной станции поместить две парал­ лельные антенны, разнесенные на расстояние I (аналогично сторонам AB и CD на рис. 85, а), то разность фаз (или частот) принятых этими антеннами колебаний будет зависеть от направления плоскости, в которой расположены антенны, относительно направления на точку S. Поворачивая Эту плоскость до тех пор, пока разность фаз (или частота биений) будет сведена к нулю, можно по угломерному устройству зафиксировать направление с. приемной станции на точку S. Измерив таким же способом направление на другую точку S2 и взяв разность этих направлений, найдем величину соответству­ ющего угла.

§22. Р А Д И О Э Л Е К Т Р О Н Н Ы Е МЕТОДЫ

ИЗ М Е Р Е Н И Я У Г Л О В

Измерение углов с помощью радиоэлектронных средств произ­ водят амплитудным или фазовым методом. Различают четыре вари­ анта амплитудного метода, а именно: метод максимума, метод мини­ мума, равносигнальный метод и метод сравнения.

Радиопеленгация по максимуму сводится к нахождению такого положения антенны, при котором амплитуда отраженного от объекта сигнала будет наибольшей. При этом положении направление на объект будет совпадать с направлением линии максимума пеленгационной характеристики (рис. 86, а). Для достижения этого ан­ тенну вращают в заданном секторе при помощи механизма поиска. В момент, когда величина принятого сигнала будет максимальной, отсчитывают значение азимута объекта по угломерному устройству, регистрирующему угол поворота антенны. На рис. 87 показана упрощенная блок-схема приемной части такой станции. Индика­ тором при методе максимума служит обычно экран электронно-луче­ вой трубки (рис. 88, а), на котором фиксируется как зондирующий импульс 1, так и отраженный 2. Критерием совмещения линии мак­ симума пеленгационной характеристики с направлением на объект является наибольшая амплитуда отраженного импульса. Применяют

160

также индикатор кругового обзора. Азимут объекта в этом случае определяют по угловому положению отметки объекта на экране индикатора в момент наибольшей яркости этой отметки (рис. 88, б). Ошибка измерения угла по методу максимума составляет около 0,1—0,25 ширины диаграммы пеленгационной характеристики, т. е. лежит в пределах 3—5°. Метод максимума применяется главным образом для определения азимута в станциях дальнего обнаружения метрового диапазона.

Радиопеленгация по методу минимума сигнала заключается в совмещении направления минимума пеленгационной характери­ стики, изображенной на рис. 86, б с направлением на объект. Это произойдет в тот момент, когда амплитуда отраженного сигнала будет наименьшей (при наличии помех) или будет равна нулю. Блоксхема радиопеленгатора, построенного по способу минимума, не •отличается от блок-схемы, показанной на рис. 87. Измерение угла по методу минимума может быть выполнено точнее, чем по методу максимума, так как при одном и том же отклонении направления приращение амплитуды сигнала в области минимума будет больше, -чем в области максимума. Радиопеленгация по методу минимума применяется главным образом в радионавигации.

При равносигнальном методе радиопеленгации направление на объект совмещают с направлением линии пересечения двух одина­ ковых перекрывающихся диаграмм направленности (см. рис. 86, в). Совмещение происходит в момент, когда амплитуды отраженного сигнала, принимаемого каждой из двух антенн, будут одинаковыми. Равносигнальный метод позволяет измерить углы с ошибками от нескольких минут до 0,5°, т. е. точнее, чем по методу максимума или минимума. Повышение точности происходит как за счет исполь­ зования участка диаграммы направленности с большей крутизной, чем при методе максимума, так и за счет большей величины сиг­ нала, чем при методе минимума. Равносигнальный метод находит применение в радиолокации для измерения азимута и угла наклона. Недостатками этого метода являются как более сложное устройство станции, так и меньшая дальность действия, чем при методе макси­ мума, так как при равносигнальном методе максимум диаграммы направленности не используется.

Наиболее общим из амплитудных методов радиопеленгации яв­ ляется метод сравнения, при котором направление на объект опреде­ ляется величиной отношения амплитуд отраженного сигнала, при­ нимаемого на две разнесенные антенны. Общая пеленгационная ха­ рактеристика станции в этом методе имеет вид двух одинаковых перекрывающихся лепестков, так же как и в равносигнальном методе (см. рис. 86, г). Напряженности сигнала ех и е2 , принятые по ка­ ждому из каналов, можно выразить в функции угла а между на­ правлением на объект и равносигнальньш направлением

162

Кроме рассмотренных существуют и другие методы радиопелен­ гации. Так, при быстром вращении направленной антенны возникает амплитудная модуляция сигналов с зависимостью фазы огибающей от направления. При движении ненаправленной антенны по окруж­ ности создается фазовая модуляция сигналов с зависимостью фазы

M

Рис . 90

огибающей от направления. Указанные принципы реализуются в радиомаяках и других навигационных устройствах, а также в спе­ циальных радиолокационных станциях.

Рассмотренные способы измерения углов, однако, неприменимы при точных геодезических работах из-за сравнительно невысокой точности. Точнее измерение углов в геодезических сетях в настоящее время выполняют исключительно оптическим методом при помощи зрительной трубы, направление которой (направление визирного луча) на цели фиксируется угломерным устройством. Точность изме­ рения угла этим методом лучшими теодолитами составляет 0,5— 0,7" и лимитируется в основном ошибками, происходящими за счет внешних условий.

Точные значения углов можно также получить по сторонам со­ ответствующего треугольника, измеренным точными светодально­ мерами.

Дифференцируя формулу

Ь 2 Л - С 2 _ а 2

cos А = —-Чп- ,

464

найдем следующую зависимость между истинными ошибками изме­ ренных сторон а, Ъ, с и истинной ошибкой определяемого угла А:

о"

dA" = -J— (da — cos С db — cos Б de),

где В H , С — два других угла треугольника, a ha — высота тре­ угольника, опущенная из «ершины угла .А на противолежащую сторону (рис. 91). Для средней квадратической ошибки определя­ емого угла тА в зависимости от ошибок сторон та, ть и тс получим формулу

X

X Vml + cos2 Ст\ + cos2 Вт\.

Как известно, среднюю квадратическую ошибку расстояния,

измеренного светодальномером, можно найти по формулам

mD = Vm + nDi= ±{p + qD),

где m, п, р и q — некоторые постоянные коэффициенты. Подставив выражение ошибки через m и п в формулу для тА, получим

ошибки угла А при различных величинах углов В и С я при длине стороны а, равной 10 км. По одинаковым ошибкам на рис. 92 построены соответствующие кривые. Построив на стороне ВС (см. р и с 92) исследуемый треугольник, по положению вершины угла А найдем среднюю квадратическую ошибку тА этого угла. Кривые, изображенные на рисунке пунктиром, дают положение вершины

165

Ч а с т ь т р е т ь я

РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ

Наряду со светодальномерами высокоточные фазовые радио­ дальномеры некогерентного типа являются в настоящее время ос­ новными приборами для точных линейных геодезических измере­

радиодальномер. Прибор, получивший название «Теллурометр»,

и в СССР, было разработано несколько типов подобных радио­ дальномеров; к настоящему времени их известно несколько десятков.

Некогерентный фазовый радиодальномер, обобщенная блок-схема которого приведена на рис. 93, состоит из ведущей и ведомой стан­ ций, устанавливаемых на концах измеряемой линии. Каждая стан­ ция содержит радиопередатчик, состоящий из генераторов несущей и модулирующей частот и передающей антенны, и приемник с ан­ тенной и системой устройств для преобразования сигналов. Частоты

167

дополнительно модулируя его колебания. Таким образом, колеба­ ния генератора несущей частоты ведомой станции модулируются колебаниями генератора относительно высокой частоты F2 и коле­ баниями низкой частоты AF2. Вид (или характер) модуляции низко­ частотным колебанием A.F2 таков, что на детекторе ведомой станции это колебание не выделяется.

Рассмотрим теперь прохождение сигнала по цепям ведущей станции, на приемник которой поступают модулированные двумя

собственного передатчика. Так же, как и на ведомой станции, в сме­ сителе ведущей станции из комбинационных частот этих колебаний выделяется колебание с частотой, равной разности несущих частот

в смесителе ведомой станций. Вследствие этого низкочастотные мо­ дулирующие колебания AFj и A F 2 отличаются значением фаз на по-

1(58

стоянную величину, пропорциональную времени прохождения си­ гналом измеряемой линии и цепей станций. Кроме того, вид или характер модуляции колебаниями AFj и A.F2 сигнала А/х различен. Это позволяет, используя детекторы (7) и (2) (см. рис. 93) разного типа (амплитудный и частотный), разделять низкочастотные коле­ бания AFX и A F 2 после смесителя ведущей станции и сравнивать их по фазе с помощью фазометра.

В рассмотренной схеме радиодальномера фазометром измеряют разность фаз низкочастотных колебаний AFX и A F 2 , образованных колебаниями генераторов модулирующих частот Fx ведущей и

Ш

і_

колебаний несущих частот является перенос колебаний модулиру­ ющих частот Fr и F2 от ведущей к ведомой станциям и колебаний низкой частоты AF2 с ведомой станции на ведущую.

Роль и назначение отдельных блоков некогерентного радио­ дальномера можно пояснить с помощью блок-схемы, изображенной на рис. 94. Схема, изображенная на рис. 94, отличается от схемы радиодальномера (см. рис. 93) способом передачи колебаний частот Ft, F2 и AF2 : генераторы, преобразователи и линии передачи моду­ лированных несущих частот заменены линиями фазовой задержки. Так, генератор несущей частоты fx ведущей станции, измеряемое расстояние и приемник ведомой станции заменены линией фазовой задержки (1) колебаний частоты Fx\ генератор несущей частоты / 2 ведомой станции, измеряемая линия и приемник ведущей станции

ч