книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил фототелеграфная аппаратура

бланку от черных и белых элементарных площадок ри­ сунка, изображенного на бланке, будет отражаться свет различной яркости, в результате чего образуются свето­ вые импульсы (рис. 11, а).

На рис. 11, в показан вид кривой фототелеграфного сигнала на нагрузке ФЭУ. Из рисунка видно, что фото­ телеграфный сигнал пропорционален яркостям световых импульсов и всегда имеет значение выше нуля, т е. по­ ложительную полярность. Среднее значение яркостей изображения образует среднее значение фототелеграф­ ного сигнала (его постоянную составляющую).

Импульсы постоянного тока на выходе ФЭУ очень слабы, поэтому не представляется возможным переда­ вать их по радио или по проводному каналу связи. Для передачи по каналам связи эти импульсы необходимо усилить. Но и усиленные импульсы постоянного тока еще нельзя передавать по каналам связи, так как эти токи не могут пройти через линейные усилители кана­ ла, состоящие из емкостей, индуктивностей и трансфор­ маторов. Поэтому возникает необходимость в дальней­ шем преобразовании сигналов, полученных на нагрузке ФЭУ, в сигналы переменного тока.

Из рис. 11,6 видно, что наибольшее значение потоку имеют сигналы от белого поля, а наименьшее — от чер­ ного. Если сигнал такой формы записать на электрохи­ мическую бумагу, чувствительную к электрическому то­ ку, то изображение получится негативным, т. е. сигнал от белого поля, имеющий больший ток, запишется чер­ ным цветом, а сигнал от черного поля — белым. Поэто­ му для получения позитивного изображения'в передаю­ щем аппарате производится преобразование («перевер­ тывание») фототелеграфного сигнала. Это делается спе­ циальным преобразователем, на нагрузке которого ха­ рактеристика фототелеграфного сигнала будет иметь вид кривой, изображенной на рис. 11, в.

Из этого рисунка видно, что частота импульсов фо­ тотелеграфного сигнала, или просто частота фототеле­ графного сигнала, зависит от количества черных и бе­ лых линий, образующих рисунок. На выделенной строке мы имеем шесть импульсов. Но, разумеется, фототеле­ графный сигнал в зависимости от характера рисунка может иметь и большую и меньшую частоту. Чем слож­ нее рисунок, тем больше будет частота сигнала. Наи­

40

большая частота фототелеграфного сигнала будет от рисунка, состоящего из черных и белых полос с пре­ дельно минимальной шириной (dMmi), равной попереч­ ному размеру растрэлемента (dV3). При dM„„ меньше dp3 растрэлемент не в состоянии четко отделять черные по­ лосы от белых.

Обозначим длину строки через L. Тогда число чер­ ных и белых полос, расположенных на строке, будет равно

4мин

Современные фототелеграфные аппараты, применяе­ мые в метеослужбе, имеют три скорости передачи: 60, 90 и 120 стр/мин. Пусть количество передаваемых строк будет N, тогда в 1 сек мы будем иметь

бОй1МИН

Из рисунка 12, а видно, что один период Т фототеле­ графного сигнала образуется при передаче двух сосед­ них элементов изображения. В связи с этим число пе­ риодов фототелеграфного сигнала в 1 сек, или макси­ мальная частота фототелеграфного сигнала, будет

р— __— __\гц]

Возьмем такой пример. В фототелеграфных аппара­ тах, предназначенных для передачи карт погоды, L = = 460 мм, с?рЭ= 0,2 мм. Скорость передачи 60 стр/мин. Определим для этих условий Fмакс*

Какова же может быть минимальная частота фото­ телеграфного сигнала? Очевидно, она будет при самом наименьшем количестве элементов рисунка вдоль стро-

41

ки развертки. Может ли быть частота минимальной при каком-то одном ровном белом или черном фоне? Оче­ видно, нет, так как при прохождении растрэлемента по такому полю на нагрузке ФЭУ не будет изменяться ток последнего. Следовательно, самая минимальная частота

фототелеграфного сигнала будет тогда, когда переда­ ваемый рисунок состоит из двух частей: черного и бе­ лого полей (рис. 12,6). При этих условиях

в фототелеграфных аппаратах, применяемых в метео­

усиления и преобразования электрических сигналов, по­

42

ступающих с фотоэлектрического преобразователя в фо­ тотелеграфные сигналы, а также для дальнейшего их транспортирования по каналу связи к приемному фото­ телеграфному устройству, где они усиливаются и пре­ образуются в импульсы постоянного тока. Тракт фото­ телеграфного сигнала состоит из электрических уст­ ройств передающего и приемного фототелеграфного ап­ паратов, связанных между собой каналом связи.

Современные фототелеграфные аппараты, применяе­ мые в метеослужбе, рассчитаны для работы как по про­ водным, так и по радиоканалам связи. Поэтому в каче­ стве канала связи может быть использован радиоканал, телефонный проводной канал с уплотнением или про­ стая соединительная линия. Фототелеграфирование в каждом из этих каналов имеет свои специфические осо­ бенности, которые оказывают большое влияние на каче­ ство и скорость передачи.

Синтезирующее устройство предназначено для вос­ произведения копии передаваемого изображения на бланке приемного аппарата. В синтезирующем устрой­ стве принятый фототелеграфный сигнал преобразуется в электрический сигнал постоянного тока для воздейст­ вия на электрохимическую бумагу.

В существующих фототелеграфных аппаратах, при­ меняемых в метеослужбе, в качестве пишущего устрой­ ства используются специальные пишущие электроды: спираль и линейка, между которыми протягивается электрохимическая бумага.

Система синхронизации и фазирования в передаю­ щем и приемном фототелеграфных аппаратах предна­ значена для обеспечения неискаженного изображения на приеме.

Предположим, что мы одновременно включили пере­ дающий и приемный фототелеграфные аппараты и че­ рез, некоторое время заметили, что принимаемое изобра­ жение записывается с искажением: оно сдвинуто влево. Почему? Дело в том, что передающий аппарат работает на скорости 60 стр/мин, а приемный аппарат за это же время делает только 58 стр/мин, т. е. передающий аппа­ рат при развертке изображения делает за 1 сек одну строку, а приемный за это время прочерчивает только 0,97 строки. Следовательно, приемный аппарат за 1 сек отстает от передающего аппарата каждый раз на 0,03

43

строки. Если оба аппарата работают со строго постоян­ ной скоростью, то этот сдвиг остается постоянным, но все изображение будет сдвинуто к одному краю на 0,03 строки. Если скорость вращения записывающего устрой­ ства приемного аппарата будет не постоянна, то изо­ бражение при записи будет постепенно сдвигаться впра­ во или влево (рис. 13).

Рис. 13. Геометрические искажения фототелеграфного изображения, вызванные нарушением нормальной ра­ боты системы синхронизации и фазирования в прием­ ном фототелеграфном аппарате:

а — оригинал; б — копия

Следовательно, для того чтобы принимаемое изобра­ жение записывалось без искажений, необходимо, чтобы

ипередающий и приемный фототелеграфные аппараты начинали развертку изображения одновременно и рабо­ тали с одинаковой постоянной скоростью, т. е. синфазно

исинхронно. Синхронизирующие устройства, обеспечи­ вающие правильную, без геометрических искажений, пе­ редачу и неискаженный прием передаваемого изобра­ жения, состоят из высокостабильных генераторов, спе­

44

циального блока автоматики и приемника управляющих сигналов приемного устройства. Синхронизация движе­ ния развертывающего и воспроизводящего элементов может достигаться либо методом автономной, либо ме­ тодом принудительной синхронизации.

В фототелеграфной аппаратуре, применяемой в ме­ теослужбе, использована автономная синхронизация. При автономной синхронизации системы приводящие в движение развертывающий и воспроизводящий элемен­ ты независимы друг от друга.

Важнейшим элементом автономной синхронизирую­ щей системы является источник синхронизирующих сиг­ налов или так называемый синхронизатор. Обычно в качестве синхронизатора используются высокостабиль­ ные генераторы синусоидальных колебаний. В качестве основного элемента таких синхронизаторов применяются камертонные генераторы. Но какими бы высокостабиль­ ными не были такие генераторы, на практике не удается достичь полного равенства скоростей двух автономных систем, так как с течением времени появляется и посто­ янно нарастает фазовый сдвиг между положениями вос­ производящего и развертывающего элементов. Этот сдвиг фаз заметен на глаз по геометрическому искаже­ нию, появляющемуся при воспроизведении передавае­ мого изображения. В связи с трудностью достижения точности фазирования в автономных системах допусти­ мая величина геометрических искажений задается спе­ циальными требованиями. Обычно она не должна пре­ вышать 1 мм по строке на 100 мм высоты рисунка.

§ 9. Каналы связи, используемые для фототелеграфных передач

Общие сведения. В предыдущем параграфе было по­ казано, что фототелеграфный сигнал в фототелеграф­ ных аппаратах, применяемых в метеослужбе, с длиной строки 460 мм на скорости передачи 120 стр/мин имеет частоту от 2 до 2300 гц.

Однако телефонные каналы связи имеют полезную полосу частот в пределах 300—2700 и 300—3400 гц. Такие каналы связи не могут обеспечить передачу всего спектра частот непосредственно с выхода электрическо­ го преобразователя. Как видно, они также не позволяют

45

передавать частоты, лежащие ниже 300 гц, которые являются очень важными частотами спектра фототеле­ графного сигнала. Не будут пропускаться телефонным каналом также и те частоты, которые лежат выше 2700 и 3400 гц, что ограничивает предел повышения скорости фототелеграфирования.

В самом деле, для фототелеграфирования, например, на скорости 180 стр/мин частота фототелеграфного сиг­ нала будет меняться уже от 3 до 3450 гц. Следователь­ но, для фототелеграфирования по телефонным каналам связи с полезной полосой частот от 300 до 3400 гц ско­ рость 180 стр/мин будет предельной.

Таким образом, фототелеграфный сигнал не может быть передан непосредственно по телефонному каналу связи таким, каким он получается на выходе фотоэлек­ тронного умножителя. Фототелеграфный сигнал может быть передан на расстояние только с помощью какой-то вспомогательной частоты, размещенной в полосе теле­ фонного канала связи и промодулированной фототеле­ графным сигналом.

Фототелеграфирование по проводному каналу связи осуществляется методом амплитудно-частотной модуля­ ции поднесущей частоты, а работа по радиоканалу — методом частотной модуляции несущей радиопередат­ чика поднесущей частотой. Поскольку качество прини­ маемого изображения в большой мере зависит от кана­ лов связи, по которым передается информация (карты), мы рассмотрим более подробно эти каналы связи.

Проводные каналы связи. Для фототелеграфирова­ ния могут быть использованы любые проводные каналы: неуплотненная физическая цепь, телефонный канал, об­ разованный аппаратурой уплотнения, и групповой ка­ нал, образованный группой телефонных каналов.

Н е у п л о т н е н н а я ф и з и ч е с к а я це пь , или обыкновенная двухпроводная телефонная линия, исполь­ зуется, как правило, для фототелеграфирования на не­ большое расстояние, например, между передающим фо­ тотелеграфным аппаратом и передающим радиометео­ центром или аппаратурой дальней связи; между вынос­ ным радиоприемным пунктом и приемным фототеле­ графным аппаратом; между передающим и приемным фототелеграфными аппаратами внутри какого-либо го­ рода или аэроузла. Условия фототелеграфирования по

46

неуплотненной физической цепи определяются типом линии, материалом и диаметром проводов.

Наиболее часто в настоящее время используется т е- л е ф о н н ы й к а н а л , образованный аппаратурой уплот­ нения, с полосой частот от 300 до 2700 гц или от 300 до 3400 гц. Фототелеграфирование в таких каналах связи ведется на вспомогательной несущей частоте f0, модули­ руемой частотой рисунка по амплитуде (AM), по частоте

каналу, образованному аппаратурой уплотнения, опре­ деляется дальностью действия канала и практически яв­ ляется такой же, как и дальность действия при переда­ че телефонного разговора.

Мы убедились, что применение телефонного канала связи не позволяет производить фототелеграфирование

каналов, которые образуются специальной аппаратурой уплотнения. Так, аппаратурой уплотнения могут быть образованы каналы шириной полосы пропускания по­ рядка 16, 32, 48, 64 кгц и более. Широкие полосы частот каналов образуются путем уплотнения медных воздуш­ ных линий и коаксиальных кабелей. Фототелеграфиро­ вание по групповым каналам связи ведется тоже на вспомогательной несущей частоте f0.

Радиоканалы связи. Современное фототелеграфиро­ вание по радио может осуществляться в радиорелей­

ным каналом фототелеграфной связи. Короткие волны имеют ряд преимуществ по сравнению с длинными и средними волнами. Основным преимуществом является то, что на короткие волны меньшее влияние оказывают атмосферные помехи и у них значительно ниже степень поглощения энергии в ионосфере. Короткие волны рас­ пространяются как в виде поверхностных, так и в виде пространственных волн.

47

П о в е р х н о с т н ы е в о л н ы распространяются вдоль поверхности земли. Вследствие сильного погло­ щения земной поверхностью они распространяются на небольшое расстояние, порядка нескольких десятков ки­ лометров. Причем чем выше частота радиопередатчика, тем меньше дальность распространения поверхностных волн.

Наибольший интерес при работе в диапазоне КВ представляют пространственные волны. Эти волны рас­ пространяются путем отражения от ионосферы, чем обеспечивается радиосвязь на значительные расстояния (до нескольких десятков тысяч километров). Поглоще­ ние пространственных волн уменьшается с ростом ча­ стоты радиопередатчика. Радиосвязь в диапазоне КВ имеет и свои недостатки. Основным из них является не­ постоянство структуры ионизированных слоев, от кото­ рых зависит распространение коротких волн. Поэтому условия распространения коротких волн непрерывно меняются не только в зависимости от времени года, но и от смены светлого и темного времени суток, вызывая тем самым явления замирания или' радиоэха. Кроме того, при работе на связь в диапазоне КВ необходимо учитывать возможность появления зон молчания, диф­ фузного отражения и т. д.

Наиболее частые явления замирания в диапазоне КВ проявляются в виде беспорядочного изменения уровня сигнала в месте приема, что может вызывать изменение оптической плотности принимаемого изображения. За­ мирания могут быть настолько значительными, что ам­ плитуда принимаемого сигнала может меняться в де­ сятки, а иногда в сотни и тысячи раз. Замирания де­ лятся на интерференционные и поляризационные. Интер­ ференционные замирания или затухания вызываются сложением нескольких различных по фазе колебаний, приходящих в место приема. При этом максимумы сиг­ налов чередуются с глубокими минимумами. Поляриза­ ционные замирания являются следствием изменений по­ ляризации приходящих волн.

Замирания оценивают в основном средней их про­ должительностью. Из практики установлено, что сред­ няя продолжительность замираний колеблется в преде­ лах от десятых долей секунды до нескольких секунд. Короткие замирания с длительностью до 1 ceti могут

48

вызывать пропадание 1—2 строк принимаемого изобра­ жения. Такие затухания не ухудшают разборчивости принимаемого изображения. Наиболее опасными для приема являются замирания длительностью до несколь­ ких секунд, когда из принимаемого изображения могут пропасть несколько десятков строк.

Существенным недостатком диапазона КВ является

время вслед за основным сигналом. Эхо-сигналы появ­ ляются вследствие многолучевого распространения ко­ ротких волн.

Количество эхо-сигналов зависит от числа лучей, по­ падающих в пункт приема. Установлено, что для уве­ ренного приема передаваемого изображения запазды­ вание эхо-сигнала не должно превышать 0,5 м/сек. Если запаздывание эхо-сигнала превышает эту величину, изо­ бражение появляется смазанным, происходят оконтуривание крупных знаков карты и увеличение толщины ли­ ний изобар и фронтов; наблюдается повторение мелких деталей.

Появление указанных дефектов в принимаемом изо­ бражении приводит к необходимости точнее подстроить радиоприемник. Если же более точной настройкой не удается добиться повышения качества принимаемого изображения, то следует по возможности сменить дли­ ну волны, на которой ведется радиосвязь.

Для борьбы с замираниями и эхо-сигналами в прини­ маемой фототелеграфной аппаратуре предусматри­ ваются специальные приспособления, которые умень­ шают зависимость качества принимаемого изображения от частоты колебаний уровня сигнала. С помощью та­ ких приспособлений достигается глубокое ограничение сигнала, которое обеспечивает постоянство сигнала на выходе при колебаниях сигнала на входе до 6—7 неп. Но такое глубокое ограничение сигнала допустимо толь­ ко при приеме черно-белых изображений, где ограниче­ ние сигналов возможно даже при амплитудной модуля­ ции радионесущей. При приеме же полутоновых изо­ бражений такое ограничение обязательно приводит к потере полутоновых градаций и изображение при этом становится сцльно контрастным.

49