Введение

Целью курсового проекта является изучение параметров устройства измеряющего расстояние до объекта и его метрологические характеристики. В результате намеченной работы мы должны из существующих методов по измерению растояния, выбрать один наиболее подходящий,  провести метрологическую аттестацию измерительного канала и пояснить своё решение. Произвести статистическую обработку результатов многократных измерений, с последующим нормированием погрешности устройства.

1.1 Обзор существующих методов и средств измерений расстояния.

1.1.1 Общие понятия и определения.

Для измерения расстояния обычно используют дальномер. Под дальномером подразумевают устройство, предназначенное для определения расстояния от наблюдателя до объекта. Данные устройства применяются в геодезии, для наводки на резкость в фотографии, в прицельных приспособлениях оружия, систем бомбометания, строительстве и  т. д..

Дальномерные приспособления делятся на 2 типа: активные и пассивные. К активным дальномерам относят: звуковой дальномер; световой дальномер; лазерные дальномер и дальномеры других конструкций. К пассивным дальномерам относят: дальномеры, использующие оптический параллакс; дальномеры, использующие сопоставление объекта какому либо образцу и дальномеры других конструкций.

Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной.

Рис.1 Принцип действия дальномера

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC, например по известной стороне AB=l (базе) и противолежащему острому углу β (т. н. параллактическому углу). Одна из величин, l или β, обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой[1].

1.1.2 Радиодальномер.

Радиодальномер состоит из двух станций ведущей (на которой выполняются измерения) и ведомой (активного отражателя), устанавливаемых на конечных точках измеряемой линии. Станции часто делаются взаимозаменяемыми, т. е. каждая из них может работать как в режиме ведущей, так и в режиме ведомой. Между станциями радиодальномера предусматривается двусторонняя радиосвязь. Современные радиодальномеры работают, как правило, в 3-сантиметровом диапазоне радиоволн. В качестве генераторов несущей частоты используются клистронные генераторы или полупроводниковые генераторы на диоде Ганна. Антенны для указанного диапазона рупорного или параболического типа. В последнем случае они состоят из рупорного облучателя и параболического зеркала. Геодезические радиодальномеры построены по некогерентной (гетеродинной) схеме. Ведущая и ведомая станции имеют различные несущие частоты, модулируемые различными масштабными частотами, и фазовые измерения выполняются на низкой частоте, равной разности масштабных частот станций и образующейся в результате гетеродинирования несущих частот с последующим детектированием. Разность фаз низкочастотных сигналов, образованных на ведущей и ведомой станциях, пропорциональна расстоянию между станциями. Для измерения этой разности фаз низкочастотный сигнал передается с ведомой станции на ведущую путем дополнительной модуляции этим сигналом генератора несущей частоты ведомой станции. Для измерения разности фаз в первом поколении радиодальномеров, работавших на длине волны несущей 10 см, использовался фазометр на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ). В дальнейшем прямой метод измерения разности фаз при помощи ЭЛТ был заменен компенсационным методом с использованием фазового детектора со стрелочным нуль индикатором и фазовращателя[3].

В последних моделях радиодальномеров используется цифровой метод измерения разности фаз с индикацией результата на электронном табло. Разрешение неоднозначности в радиодальномерах осуществляется введением набора фиксированных частот модуляции. Соответствующим выбором сетки масштабных частот реализуется поразрядный способ, позволяющий получать результат измерения непосредственно в единицах расстояния. Радио дальномерным измерениям присуща дополнительная специфическая ошибка, обусловленная влиянием отражения радиоволн от подстилающей поверхности. Кроме того, в радиодиапазоне гораздо сильнее влияние влажности на показатель преломления воздуха, чем в оптическом диапазоне. Ниже приводятся более подробные сведения об отечественных и некоторых зарубежных приборах. Радиодальномеры РДГВ и "Луч": Радиодальномер РДГВ прибор первого поколения со взаимозаменяемыми станциями, работающий в диапазоне 10 см и имеющий фазометр на ЭЛТ. Отсчетным устройством служит нанесенная на экран трубки круговая шкала. Изображение на экране ведущей станции представляет собой светящуюся окружность (круговую развертку) с разрывом, создающим отсчетную метку. Отсчет по шкале выражается в единицах времени распространения. На частоте А вся шкала трубки (100 делений) соответствует времени 100 не. Для соответствующих разностей частот масштаб шкалы последовательно увеличивается в 10 раз (1000, 10000 ц 100000 нс). Частота Л+ меньше, а частота А" больше частоты А ведущей станции на 1 кГц. Остальные частоты ведомой станции меньше соответствующих частот ведущей станции на 1 кГц. Фазовые измерения на ведущей станции производятся на разностной частоте 1 кГц. Наличие симметричных частот А+ и А~ позволяет исключить ошибки за фазовые задержки в цепях станций. Фаза низкочастотного сигнала на ведомой станции может вручную переключаться на 180°, что позволяет исключить ошибку за эксцентриситет шкалы и развертки. Программа измерений предусматривает "грубые" и "точные" измерения. "Грубые" измерения это измерения на всех масштабных частотах, позволяющие получить поразрядным способом полное значение времени распространения радиоволн на двойной дистанции в пределах сотни тысяч наносекунд. "Точные" измерения это многократные измерения на основной частоте А (выполняемые с перестройкой несущих частот станций для уменьшения ошибки из-за отражений от подстилающей поверхности), уточняющие младший разряд во времени распространения (единицы наносекунд и их доли). Умножением измеренного времени распространения на половину рабочей скорости радиоволн, определенной по результатам метеоизмерений, получают расстояние в пределах 15 км. Длина волны несущей 3 см. Приемопередатчик с антенной системой конструктивно отделен от индикаторного блока (на каждой из станций, которые являются взаимозаменяемыми). Он может устанавливаться на переносной мачте и соединяется с индикаторным блоком кабелем длиной 25 м. Ориентирование приемопередатчика и перестройка несущей частоты осуществляется дистанционно с пульта индикаторного блока. Это позволяет выполнять линейные измерения без постройки геодезических знаков. Вместо фазометра на ЭЛТ применен более точный компенсационный фазометр; выходным индикатором служит стрелочный прибор, а отсчеты снимаются по шкале фазовращателя. Передача низкочастотного сигнала с ведомой станции на ведущую осуществляется не импульсной модуляцией, как в РДГВ, а гармонической модуляцией с использованием под несущей; что создает на ведущей станции два синусоидальных сигнала, необходимых для фазовых измерений компенсационным методом. На станции, работающей в режиме ведомой, введена система автоподстройки несущей частоты. Отсчетное устройство фазовращателя позволяет при работе на частоте А сразу считывать величину (Л+ А~) вместо вычисления ее в журнале. Масштабные частоты дальномера "Луч" аналогичны частотам РДГВ и измеряемой величиной является также время распространения, умноженное затем на половину рабочей скорости радиоволн. Радиодальномеры "Волна" и "Трап": Разработанный в ЦНИИГАиК после радиодальномера РДГВ и "Луч" радиодальномер "Волна" отличается значительно большей портативностью, экономичностью и более современным техническим решением схемы. Фазометр проградуирован в единицах расстояния, генератор несущей частоты выполнен на диоде Ганна, упрощена методика работы исключением перестройки несущей частоты в процессе измерений. Станции взаимозаменяемы. Разность несущих частот ведущей и ведомой станций (промежуточная частота) составляет 33 МГц. На каждой станции несущая модулируется колебаниями кварцевого генератора масштабной частоты, лежащей в диапазоне 12 15 МГц. Масштабные частоты ведущей и ведомой станций отличаются на 1,5 кГц. На каждой станции принимаются модулированные колебания от обеих станций и поступают на диод-смеситель. Усилитель промежуточной частоты УПЧ выделяет и усиливает колебания промежуточной частоты 33 МГц, которые оказываются промодулированными по амплитуде колебаниями низкой частоты 1,5 кГц. НЧ колебания выделяются после детектирования в амплитудных детекторах АД. На ведомой станции НЧ сигнал проходит через усилитель низкой частоты УНЧ и делитель частоты на 2, в результате чего образуется сигнал частоты 750 Гц. Этим сигналом модулируются по частоте колебания генератора поднесущей частоты 120 кГц, после чего модулированная под несущая подается на СВЧ гёнератор и дополнительно модулирует излучаемые им колебания по частоте. В результате этого колебания промежуточной частоты 33 МГц на выходе УПЧ ведущей станции имеют не только амплитудную, но и двойную частотную модуляцию, которая детектируется применением двух последовательных частотных детекторов ЧД. На выходе 1-го ЧД выделяется сигнал поднесущей частоты, модулированный низкой частотой 750 Гц. Этот сигнал после усиления детектируется во 2-м ЧД, на выходе которого образуется сигнал частоты 750 Гц. С выхода амплитудного детектора АД снимается сигнал частоты 1,5 кГц, который после усиления и деления частоты на 2 превращается также в сигнал частоты 750 Гц. Разность фаз сигналов частоты 750 Гц, полученных в каналах амплитудного и частотного детектирования ведущей станции, зависит от расстояния между станциями[2].