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

ста милям. Колебания частот F2 и Fs поступают на две группы фазовращателей A vi В. Каждая группа состоит из трех калиброван­ ных фазовращателей с общей регулировкой, обеспечивающей про­ порциональный фазовый сдвиг каждой из трех частот Flf F2 и F3. С выходов фазовращателей колебания подаются на блоки формиро­ вания зондирующих импульсов А и В, где синусоидальные напря­ жения преобразуются в импульсы с пониженной в 100 раз частотой

Излучателем служит вертикальная штыревая четвертьволновая антенна с охватом по азимуту 360° и по высоте ±45° . Переключение импульсов А и В происходит с частотой 10 Гц. Пиковая мощность излучаемого радиоимпульса равна 12 кВт.

Отметочные импульсы временной развертки формируются по такому же принципу из колебаний, подаваемых непосредственно с делителей частоты, минуя блок фазовращателей. Положение отме­ точного импульса на круговой развертке индикатора, куда он по­ дается с блока формирования, остается неизменным и служит началом отсчета времени и расстояний. Во время передачи зондирующего импульса трубка запирается во избежание просачивания зонди­ рующего импульса через антенну. Ответные радиоимпульсы на несущей частоте / (в пределах диапазона 210—320 МГц) через при­ емную антенну, одинаковую с передающей антенной, но отделенную от нее, поступают на вход приемника. После детектирования и уси-

.ления импульсы поступают на центральный электрод электронно­ лучевой трубки, создавая на круговой развертке соответствующие выбросы. Ответные импульсы поступают от наземных станций последовательно через 0,1 с. Для различения импульсов на экране

тем же коммутатором и работает синхронно с переключателем частот передатчика. Для повышения точности измерения расстояний при­ меняют компенсационный метод, смещая по фазе зондирующий импульс до совмещения его переднего фронта на развертке с передним фронтом ответного импульса. Дл я каждой ответной станции совме­ щение импульсов выполняется независимо с помощью соответству­ ющей группы фазовращателей. Отсчет расстояния производится

200

где ЛѲ — изменение фазы фазовращателем, а Д о — цена соответ­ ствующего деления. При движении самолета с запросной станцией измеряемое расстояние непрерывно изменяется и осуществить точное совмещение передних фронтов импульсов невозможно. Поэтому при радиогеодезических работах и при аэрофотосъемке положение им­ пульсов на круговой развертке и показания счетчиков расстойний фиксируются в нужные моменты при помощи фоторегистратора (после расшифровки записей в камеральных условиях в отсчеты вводятся необходимые поправки).

На рис. 103 изображена блок-схема ответной (наземной) станции

передаваемых импульсов 0,8 мкс, а мощность в импульсе 30 кВт. При помощи линии переменной задержки время прохождения импульса в цепях станции приводится к постоянной величине, чем облегчается введение соответствующей поправки при обработке результатов измерений. Контроль времени задержки и частоты посылки зондирующих импульсов осуществляется при помощи калибратора, состоящего из термостатированного кварцевого гене­

блока формирования импульсов и гетеродина создаются калибро­ вочные импульсы. Эти импульсы, пройдя через цепи приемника, линии переменной задержки и передатчика ответной станции, попа­ дают через детектор на контрольный индикатор одновременно с кон­ трольными импульсами, прошедшими только через линию стан­ дартной задержки. Совпадение калибровочных и контрольных импульсов свидетельствует о равенстве переменной и стандартной

201

задержек. Очевидно, при ретрансляции зондирующих импульсов в этом случае их задержка в цепях отражающей станции будет равна стандартной задержке. Антенное устройство ответной станции состоит из приемной и передающей четвертьволновых антенн стержне­ вого типа с уголковыми отражателями в виде решеток, смонтирован­ ных на разборной мачте высотой 16 м. Ширина диаграммы напра­ вленности в горизонтальной плоскости около 70°, а в вертикальной 45°. Как запросная, так и ответная станции могут обслуживаться одним человеком каждая.

Системе Шоран свойственны ошибки импульсного метода изме­ рения расстояний, рассмотренные во второй части. Наиболее значи­ тельными из них являются инструментальные ошибки, связанные с непостоянством задержек в цепях станций и с уходом частоты кварцевого генератора. Заметное влияние на точность оказывают ошибки установки шкал и совмещения импульсов при отсчете рас­ стояния, а также ошибки, возникающие из-за неточности учета метеорологических условий, высоты полета самолета и за счет отра­ жения импульсов от земной поверхности вблизи наземных станций.

§ 29. Р А Д И О Г Е О Д Е З И Ч Е С К А Я СИСТЕМА РГСЦ

Фазовая радиогеодезическая система ЦНИИГАиК (РГСЦ) с 1944 г. применялась для определения планового положения точек при гидрографических исследованиях, геофизических съемках и дру­ гих аналогичных работах. Экспериментальные и производственные работы показали высокую эффективность системы и с 1956 г. аппа­ ратура успешно применяется при аэрофотосъемке для планового

обычно с использованием самолета, корабля или других передвижных средств, по маршруту следования которых и определяется место­ положение необходимых точек. Определение положения точек производится по методу радиолага или фазового зонда.

Комплект аппаратуры РГСЦ в варианте радиолага состоит из одной перемещающейся задающей станции (ЗРГСЦ-О) мощностью 0,1 кВт и двух отражающих базисных станций (ОРГСЦ), устанавли­ ваемых на опорных точках. Мощность отражающих станций по 0,5 кВт. Комплект, предназначенный для измерения по способу фазового зонда, состоит из одной задающей (ЗРГСЦ-Б) и двух отра­ жающих (ОРГСЦ) базисных станций, устанавливаемых на опорных точках, мощностью 0,5 кВт каждая. В комплект аппаратуры фазо­ вого зонда входит, кроме того, одна или несколько перемещающихся приемных станций (РГСЦ-ФЗ), называемых станциями «фазовый зонд».

Система работает на средних волнах. Задающая станция излу­

202

до наземной станции составляет 350 км. Средняя квадратическая ошибка определения положения пункта при благоприятной форме засечки по способу радиолага составляет около 7 м. Соответствующая ошибка в способе фазового зонда порядка 10 м.

Задающая радиогеодезическая станция ЗРГСЦ-Б из комплекта фа­ зового зонда устанавливается обычно в помещении или на специальной автомашине. Блок-схема этой станции показана на рис. 104. Станция состоит из передатчика, приемника и фазоиндикаторного устройства.

Р и с . 104

Кроме измерений станция обеспечивает дуплексную связь со всеми станциями системы. Передающая часть состоит из генераторного каскада («контрольный гетеродин»), стабилизированного кварцевым резонатором, блоков промежуточного и мощного усиления и пере­ дающей антенны, электрический центр которой совмещен с электри­ ческим центром приемной антенны. Как передающая, так и приемная антенны являются ненаправленными.

Приемник станции ЗРГСЦ-Б имеет три канала для приема частоты

2 3

/ собственного передатчика и частот -^- / и —• /, поступающих от отражающих станций. Между приемной антенной и входом в приемник имеется антенный фильтр для уверенного выделения принимаемых радиоволн на фоне помех. Принятые колебания после прохождения усилителей высокой частоты подаются на смесители одновременно с колебаниями от вспомогательного генератора («местный гете­ родин»), вырабатывающего колебания частот

"З" / г = "g- (/ + /пр)> / г = = / + /пр» ~2 /г = ~2 (/ 4" /пр)і

На смесителях выделяются промежуточные частоты -^fnp, / п р и — / п Р ,

203

от задающей станции, после прохождения антенного фильтра уси­ ливаются и поступают в первый смеситель, куда поступают также колебания частоты (/ + / п р ) от местного гетеродина. На выходе смесителя получаются колебания промежуточной частоты / п р . После усиления этих колебаний в трехкаскадном усилителе промежуточной частоты они трансформируются в специальном трансформаторе

2

частоты в отношении — и поступают на второй смеситель, куда

о

о

поступают также колебания частоты — (/ + /ПР) о т трансформатора частоты колебаний местного гетеродина. Полученные на выходе

колебания частоты — / после усиления их в оконечном усилителе

высокой частоты поступают в передающее устройство и на фазо­ индикатор, который служит для контроля работы приемного и пере­

то фигуры Лиссажу на экране трубки имеют вид эллипса. Наблюдение за постоянством фигуры Лиссажу производится визуально.

Радиостанция фазовый зонд (РГСЦ-ФЗ) помещается обычно на движущемся объекте. Приемник станции супергетеродинный, трехканальный, одинаковый с приемником станции ЗРГСЦ-Б; рассчитан на прием колебаний, излученных задающей и отражающими стан­ циями. В фазоиндикаторе сравниваются фазы колебаний задающей и каждой из отражающих станций. От попарного сложения коле­ баний на экранах электронно-лучевых трубок индикатора возникают фигуры Лиссажу, форма которых при передвижении станции непре­ рывно и периодически изменяется в зависимости от изменения разности расстояний до базисных станций. Счет полных фазовых циклов производится при помрщи фазового счетчика, подключенного к выходу приемника параллельно фазоиндикаторному устройству. Счетчик имеет два канала соответственно числу отражающих станций. Для определения направления изменения фазовых циклов каждый канал, в свою очередь, составлен из двух параллельно действующих линий, работающих со сдвигом по фазе на 1/4 фазового цикла. Каж­ дому полному фазовому циклу на входе того или другого канала на выходе соответствует импульс тока и пауза. Импульсы тока

205

фоторе гистратора получается четыре строчки записи полных фазовых циклов (рис. 106). В момент фотографирования местности на фото­ регистратор поступает от фотоаппарата дополнительный импульс и на пленке образуется тонкий штрих, перпендикулярный направле­ нию штрихов записи фазовых циклов.

Камеральная обработка показаний индикатора РГСЦ состоит в отсчитывании на пленке фоторегистратора числа циклов и их долей между штрихами, соответствующими моментам фотографиро­ вания местности. Знак приращения числа фазовых циклов опреде­ ляется по взаимному расположению штрихов двух записей, соот­ ветствующих одной и той же отражающей станции. Перемножив полученные таким образом разности фаз на коэффициенты радиолага (фазового зонда), получают приращения расстояний от соответ­ ствующих отражающих станций (приращения разностей расстояний для способа фазового зонда).

Питание станции «фазовый зонд» осуществляется или от бор­ товой сети, при установке станции на самолете, или от аккуму­ ляторной батареи (при установке станции на автомашине или на корабле).

При работе системы РГСЦ в варианте радиолага вместо станции ЗРГСЦ-Б используется станция ЗРГСЦ-О. Эта станция является задающей станцией системы; с помощью ее производится измерение разностей фаз до отражающих станций, а также осуществляется оперативная телефонная связь. Станция ЗРГСЦ-0 устанавливается на движущемся объекте — самолете, корабле или автомашине. По устройству она аналогична станции ЗРГСЦ-Б. Станции отличаются лишь конструкцией приемо-передающей антенны, которая для ЗРГСЦ-0 должна соответствовать условиям работы на движущемся объекте, а также конструкцией радиопередатчика. В состав станции входят фазовый счетчик и фоторегистратор, такие же, как и на станции «фазовый зонд». Электропитание осуществляется аналогично станции «фазовый зонд».

Точность определения положения пунктов системой РГСЦ за­ висит от постоянства параметров аппаратуры, от условий распро­ странения радиоволн и от ошибок измерения разности фаз. При создании плановой основы при аэрофотосъемке, кроме того, возни­ кают ошибки за несинхронность работы радиогеодезической и аэрофотосъемочной аппаратуры и за счет фотограмметрических изме­ рений. Значительная часть систематической ошибки исключается применением коэффициентов радиолага (фазового зонда), опреде­ ленных в условиях его использования путем измерения известного расстояния по способу, рассмотренному во второй части книги.

§ 30. РАДИОНАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМА Д Е К К А

Английская радионавигационная система Декка является фазо­ вой системой, работающей по методу фазового зонда или радиолага. Система работает на длинных волнах (около 3000 м), которые вслед-

206

ствие дифракции распространяются почти параллельно земной поверхности. Это позволяет использовать систему для радионави­ гации на весьма большие расстояния (до 2000 км). Некоторые ва­ рианты системы Декка сконструированы для радиогеодезических измерений и получили применение при аэрофотосъемке и рекогнос­ цировке, а также при гидрографических и других аналогичных работах.

Недостатком указанного диапазона радиоволн является суще­ ственная зависимость скорости распространения поверхностной

волны от электрических параметров подстилающей поверхности. Эта зависимость, найденная эмпирически,

геодезических вариантов системы Декка в дневных условиях, ошибка составляет около Ю - 4 .

В основном варианте система состоит из задающей и двух (или трех) отражающих (базисных) станций, устанавливаемых в пунктах, положение которых известно. Кроме того, в комплект входит неогра­ ниченное число приемо-индикаторных станций «фазовый зонд», поме­ щаемых на движущихся объектах: самолетах, кораблях, автомаши­ нах. Базисные станции не требуют постоянного наблюдения, и об­ служивание каждой станции может выполнять один человек.

Задающая и отражающие станции в конструктивном отношении сходны между собой. Мощности передатчиков в зависимости от назначения станции и дальности ее действия составляют от 0,3 до 2,0 кВт, а высоты антенн — от 20 до 100 м. Передатчик задающей станции обеспечивает весьма высокую стабильность основной ча­ стоты, равной 14,753 кГц. Станция непрерывно излучает ненапра­ вленные гармонические колебания с частотой около 88,5 кГц, являющейся одной из гармоник основной частоты генератора. Отражающие станции принимают эти колебания и после трансформи­ рования частоты и усиления излучают их в пространство. Одна из станций трансформирует частоту принятых колебаний в отношении

2Э7

нятые от ведущей станции колебания после усиления уменьшаются по частоте в m раз, а затем дважды умножаются на \/~п и подаются

впередатчик. Для обеспечения когерентности колебаний задающей

иотражающей станций на каждой отражающей станции произво­ дится синхронизация принятых и излученных колебаний. Синхро­ низация может выполняться как вручную на основании показаний

контрольного фазоиндикатора, так и автоматически при помощи специального фазового различителя (дискриминатора). Для этого принятые и излучаемые сигналы после соответствующего усиления приводятся к одной частоте. В результате сравнения фаз этих коле­ баний в фазовом различителе вырабатывается напряжение рас­ согласования, которое используется для управления фазой колебаний первого умножителя частоты канала формирования излучаемых колебаний. Таким образом, отражающие станции приводятся в дей­ ствие задающей станцией и автоматически согласуются по фазе.

Подвижная приемо-передающая станция состоит из трехканального (или четырехканального) супергетеродинного приемника. Так как принимаемые колебания сравнительно близки по частоте, то обычно они принимаются на общую антенну, проходят через общие входные цепи и распределяются по соответствующим каналам при помощи фильтров, имеющих полосу частот 30 Гц. После усиления в каждом канале они подаются на умножители частот/для попарного

208

приведения к одинаковым (наименьшим кратным) частотам, служа­ щим для измерения разностей фаз при помощи фазоиндикаторов, называемых в системе Декка декометрами (см. рис. 61). На рис. 109 показана блок-схема приемо-индикаторного устройства, а также

Задающая

станция

88,5

Л1

Приема-индикаторная станция

Р и с . 109

значения частот колебаний в различных узлах системы. В приемоиндикаторное устройство входят два или три декометра (в зависи­ мости от числа отражающих станций), каждый из которых показы­ вает разность фаз колебаний задающей и соответствующей отра­ жающей станции. Отсчет производится в фазовых циклах с точностью до 0,01 цикла.