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

этих определений видно, что геометрическое положение конструк­ тивного центра вполне конкретно, тогда как положение электриче­

Электрическая часть поправки радиодальномера состоит, как было показано в предыдущем параграфе, из низкочастотной (Дгрд п ) и высокочастотной (Афй ) составляющих. Из сопоставления величин

станции будут иметь одинаковую величину и могут быть исключены из результатов измерений. Действительно, образуя полуразность

обусловленная неполным исключением низкочастотной составляющей поправки, невелика, так как даже при значительных изменениях временных задержек в цепях станций фазовые задержки вследствие пропорциональности их низкой частоте AQ будут небольшими.

то она оказывается непосредственно связанной с геометрической частью поправки. При смене деталей клистронного генератора, из­ менении мощности излучения, перестройке несущей частоты и дру­ гих причин изменяются обе составляющие поправки и поправка в целом. Расчет или лабораторное определение поправки радио­ дальномера выполнить не удается из-за сложности процессов, про­ текающих в радиодальномере. Поэтому поправку обычно определяют на эталонном базисе. Длина такого базиса должна быть заранее определена с максимальной точностью, а влияние отражения радио­ волн от подстилающей поверхности на результаты радиодальномерных измерений должно отсутствовать. Так как для ослабления влия­ ния отражений радиоволн от подстилающей поверхности требуется

димо определять именно для этого диапазона несущих частот. Опре-

180

колебаний соответствующая ошибка будет мала. Однако при точных

ослабить влияние отражений колебаний от подстилающей поверх­

статочен для получения ß в полном интервале его изменения, то среднее из результатов всех измерений будет свободно от влияния

основания полагать, что среднее из измерений, выполненных при нескольких их значениях, будет содержать ошибку за счет отраже­ ний меньшую, чем одно измерение.

Понятно, что изменение длины волны модулирующих колебаний неподходяще для изменения ß, так как связано с изменением мас­ штабной частоты. Подходящим является изменение длины волны или частоты несущих колебаний, для чего необходимо лишь обеспе­ чить в дальномере возможность ее изменения. Практически для ослабления влияния ошибки из-за отражения производят измерения на нескольких (до 20 и более) несущих частотах. При этом ошибка окончательного результата может достигать 5—10 см. Понятно, что остаточная ошибка из-за отражения тем меньше, чем меньше коэффициент отражения от поверхности и чем больше диапазон изменения частоты несущих колебаний. Иногда ослабления влия­ ния отражений от подстилающей поверхности можно достичь изме­ нением ADt путем ее уменьшения и изменения положения станций. Радикальной мерой, ведущей к резкому уменьшению влияния от­ ражений на результаты радиодальномерных изменений, является уменьшение силы отраженных сигналов путем сужения диаграммы направленности антенн. Это может быть достигнуто как за счет уве­ личения размеров отражателя антенн, что неудобно для приборов экспедиционного назначения, а также за счет уменьшения длины несущей волны. По этому пути идет совершенствование радиодаль­ номеров.

Кроме рассмотренных погрешностей на точность измерений радио­ дальномером оказывает влияние также ряд других ошибок, харак­ терных для фазового метода измерения расстояний.

Наилучшее ослабление влияния всех ошибок достигается путем регулярного и тщательного исследования радиодальномера и опреде­ ления его постоянных, производством измерений при наиболее благоприятных метеорологических условиях, при достаточном уда­ лении приборов от подстилающей поверхности и несколькими прие-

182

мами (до шести), по возможности равномерно распределенными в течение суток, каждый из которых должен выполняться на разных (не менее десяти) несущих частотах.

Как показало применение радиодальномеров в различных физи­ ко-географических районах, при выполнении измерений с соблюде­ нием необходимых условий результаты измерений получаются с точ­ ностью не ниже 1 : 100 ООО.

§25. ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ

РА Д И О Д А Л Ь Н О М Е Р Н Ы Х И З М Е Р Е Н И Й

Вычисление расстояний, включая разрешение неоднозначности, при радиодальномерных измерениях в общем случае может произ­ водиться по формулам (197), полученным в § 18. Однако в боль­ шинстве радиодальномеров применяется такая сетка масштабных частот, которая позволяет свести процесс определения числа фазо­

обычно три. Значения частот модуляции на ведущей станции опре­

Частоты модуляции на "ведомой станции отличаются от частот (253) на одинаковую частоту AF и равны

Кроме частоты F[ на ведомой станции используется также частота

поправки радиодальномера. При рассмотрении вопроса о неодно­ значности это обстоятельство можно сначала не учитывать.

Числа фазовых циклов N для каждой из частот модуляции веду­ щей станции, с учетом целой и дробной их частей, будут равны

=Л At

А3 = F2 At

- F3 At

= Ft At

t

183

где At — время распространения сигнала в обоих направлениях. Однако эти значения фазовых циклов не определяются и не используются для определения длины линии, а служат лишь для получения новой системы чисел, определяющих количество фазовых циклов колебаний основной масштабной частоты, соответствующее

h = 0,001/?! / 2 = 0,01/"! /3 = 0,1/?!

h = Fx

Однако получение этих частот, относящихся к разным диапазо­ нам, требует четырех различных генераторов. Сетку близких частот, соответствующих (253) одному диапазону можно получить одним генератором с различными кварцевыми резонаторами. Отмеченное

N,=NX

из которых видно, что трансформированные значения фазовых циклов находятся в простых десятичных отношениях. Пусть значение числа фазовых циклов для основной масштабной частоты определяется десятичным числом

в котором пх, п2, число единиц соответствующего разряда числа. Тогда, вследствие того что фазометр не показывает целого

числа фазовых циклов, а точность отсчета по фазометру ограничи­ вается, как правило, сотыми долями цикла, отсчеты по фазометру

184

и их разности, выраженные в сотых долях цикла, будут, согласно (255) и (256),

AN' = №щ -fres;

ДІѴ" = Юпо -f п3;

AiV"' = 10n8-f n4 ;

AN^ÏOn^-щ.

Десятки единиц в отсчетах и их разностях получаются практиче­ ски безошибочно, тогда как единицы отсчетов вследствие действия на них различных погрешностей малонадежны. Поэтому единицы

как число единиц в отсчете AJVX и не может быть уточнено так, как это делается для других разрядов. Поэтому основной задачей при измерениях расстояний радиодальномерами является определение достаточно надежного значения дробной части фазового цикла на основной масштабной частоте, что достигается путем многократного его определения по определенной программе.

Программа измерения линии радиодальномером подразделяется на несколько одинаковых приемов, число которых определяется

185

сделаны грубые промахи в десятых долях фазового цикла. По­ этому главное внимание в приеме уделяется получению так назы­

При этом предполагается, что с изменением несущей частоты изме­

погрешностей. С этой целью рекомендуется диапазон изменения несущей частоты выбирать так, чтобы в пределах этого диапазона сточные» отсчеты по возможности испытывали полный цикл изме­ нений, вызванных отражениями, что удается далеко не всегда. Число несущих частот, которые распределяются равномерно внутри вы­ бранного диапазона, может быть различным и, как и число приемов, определяется точностью измерений. В конце приема в случае не­ обходимости «грубые» отсчеты могут быть повторены с целью под­ тверждения приближенного значения длины линии.

При обработке результатов точных измерений для каждой из несущих частот вычисляют значения дробной части фазовых циклов

частоты несущих колебаний, который используется при измерении расстояний.

§26. УСТРОЙСТВО И Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И

ГЕ О Д Е З И Ч Е С К И Х РАДИОДАЛЬНОМЕРОВ

Первая модель теллурометра MRA-1 (рис. 95) была выпущена в 1956 г. и послужила, как уже говорилось, образцом для всех современных радиодальномеров геодезического назначения. Эта

одной станции комплекта равен 26 кг. Станции питаются от аккуму­ ляторных батарей, потребляя мощность около 60 Вт на одну стан­ цию. Ведущая и ведомая станции радиодальномерного комплекта имеют двухстороннюю радиотелефонную связь, осуществляемую с помощью тех же клистронных генераторов, при помощи которых ведется измерение линий.

Блок-схема радиодальномера MRA-1 (рис. 96) отличается от обобщенной схемы радиодальномера (см. рис. 93) расположением

186

вфокусе параболического рефлектора диаметром около 0,5 м.

Ширина диаграммы направленности антенн около 12°. Передающий

разделению передаваемых и принимаемых сигналов (плоскости поля­ ризации радиоволн взаимно перпендикулярны) и в некоторой сте­ пени ослабляет влияние подстилающей поверхности.

Диапазон изменения несущей частоты клистронного генератора ведущей станции составляет 2750—3150 МГц, а ведомой станции — 2783—3183 МГц. Разностная частота клистронных генераторов, на которой производится усиление сигнала с помощью многокаскад­ ного усилителя промежуточной частоты (УПЧ), ручной регулиров­ кой поддерживается в процессе измерения равной 33 M Гц.

Вырабатываемые кварцевым генератором ведущей станции коле­ бания имеют основную масштабную частоту F\ = 10 МГц, обладают нестабильностью не ниже 10"6 . Остальные масштабные частоты определяются равенствами (253). Разность частот модуляции ведущей и ведомой станций, на которой производится измерение разности фаз, составляет AF = 1 кГц.

Прохождение сигналов по цепям станций соответствует обобщен­ ной схеме (см. рис. 93), рассмотренной в § 23. При этом преобразо­ вателем сигналов низкой частоты на ведомой станции служит фор­ мирователь импульсов. С помощью формирователя в моменты пере­ хода низкочастотного напряжения через нулевое значение в начале положительного полупериода формируется остроконечный импульс длительностью около 10 мкс, который и используется для дополни­ тельной модуляции клистронного генератора ведомой станции. Таким образом, колебания клистронного генератора ведомой стан­ ции модулированы по частоте гармоническим высокочастотным сигналом и импульсным низкочастотным. Измерение разности фаз осуществляется по методу яркостных меток (см. § 15). Для этого выделяемое с помощью амплитудного детектора ведущей станции гармоническое колебание разностной частоты AF = 1 кГц после усиления и расщепления по фазе на 90° подается на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки с целью получения круговой развертки. Сформированный на ведомой станции импульс той же частоты после прохождения УПЧ ведущей станции выделяется частотным детектором и подается на управляющий электрод трубки, вследствие чего наблюдается разрыв в круговой развертке (см. рис. 52, б).

Электронно-лучевая трубка на ведомой станции служит для контроля формы и амплитуды импульса, формируемого на этой стан­ ции, а также для сравнения частот модуляции ведущей и ведомой станций. Для сравнения частот в схеме ведомой станции имеется генератор синусоидальных колебаний частоты 1 кГц. При сравне­ нии частот модуляции станций колебания этого генератора пода­ ются на одну пару отклоняющих пластин электронно-лучевой трубки, а колебание разностной частоты кварцевых генераторов

188

ведущей и ведомой станций с выхода амплитудного детектора по­ дается на другую пару пластин. При равенстве подаваемых на пла­ стины частот на экране наблюдается эллиптическая развертка. Если разность частот модуляции колебаний ведущей и ведомой стан­ ций отличается от частоты генератора, то на экране наблюдается эллипс переменной формы. Считая частоту модуляции ведущей станции безошибочной, частоту кварцевого генератора ведомой станции перестраивают до тех пор, пока разностная частота не станет равной частоте генератора 1 кГц.

По образцу радиодальномера MRA-1 был создан ряд приборов (ВРД и РДГ в СССР, GET-B1 в Венгрии и др.), которые нашли широкое применение в практике геодезических работ. Одновременно продолжались работы по созданию более совершенных радиодально­ меров. Результатом этих работ явились более точные, компактные и надежные приборы.

Значительным усовершенствованием является передача низко­ частотного колебания с ведомой станции на ведущую с помощью так называемой «поднесущей» частоты. В ряде случаев это позволяет более просто измерять разность фаз, обеспечивая высокую точность результата. В этом случае на ведомой станции имеется вспомогатель­ ный генератор поднесущей частоты, значение которой резко отли­ чается как от разностной частоты модуляции, так и от частоты моду­ ляции. Колебания генератора поднесущей частоты модулируются по частоте синусоидальным сигналом с выхода амплитудного детек­ тора ведомой станции. В свою очередь колебания генератора под­ несущей частоты осуществляют частотную модуляцию колебаний клистронного генератора ведомой станции. На ведущей станции для восстановления низкочастотного колебания, сформированного на ведомой станции, детектор (2) (см. рис. 93) составляется из двух последовательно включенных частотных детекторов. Первый из детекторов восстанавливает колебание поднесущей частоты, моду­ лированное по частоте низкочастотным сигналом. И только второй частотный детектор выделяет низкочастотное колебание из модули­ рованного колебания поднесущей частоты.

Значительное внимание уделялось созданию приборов с умень­ шенной по сравнению с MRA-1 длиной волны несущей частоты до 3 см и даже до 8 мм. Это вызывается стремлением ослабить влия­ ние подстилающей поверхности на результаты измерений главным образом за счет сужения диаграммы направленности антенн при тех же их размерах. Так, ширина диаграммы направленности трехсан­ тиметрового радиодальномера составляет около 5°, тогда как для десятисантиметрового дальномера при тех же размерах антенн она составляет 12—15° и более. Однако с уменьшением длины волны несущих колебаний возрастает уровень шумов, что снижает чув­ ствительность дальномера. Так, для трехсантиметрового радиодаль­ номера чувствительность в три, а для сантиметрового в 15 раз меньше, чем у десятисантиметрового радиодальномера. Кроме того, с умень­ шением длины волны значительно возрастает поглощение колебаний

189