Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

полете на малых высотах осуществляется автоматическая коррек­ ция частотной характеристики, обеспечивающая уменьшение по­ лосы пропускания усилителя низкой частоты.

Рассмотренные соотношения для частотного метода измерения расстояний справедливы лишь для случая, когда расстояние за время измерения остается неизменным. При взаимном перемещении дальномера и отражателя частота отраженного сигнала будет иска­ жена за счет эффекта Допплера, что вызовет соответствующее иска­ жение результата измерения. Вместе с тем эффект Допплера по­ зволяет создать аппаратуру для измерения как скорости переме­

движущихся объектов. Пусть частота непрерывного излучения пере­ датчика будет / j . Тогда в приемник будут поступать два сигнала: прямой — непосредственно от передатчика и отраженный — от объекта. Поскольку частота колебаний изменяется как при распро­ странении от передатчика до объекта, так и обратно, то, согласно формуле (42), отраженный сигнал будет иметь частоту

проекция скорости объекта на направление между объектом и из­ лучателем, причем

vr — iv cos Ѳ,

где w— скорость объекта относительно поверхности Земли, a Ѳ —• угол, образованный направлением этой скорости с направлением на излучающую станцию (рис. 75). Величину

где к = 2/і постоянный коэффициент для данной системы. Из

последней формулы видно, что радиальная скорость пропорциональна допплеровской частоте.

В результате смешения прямого и отраженного сигналов на вы­ ходе приемника возникнут биения, частота которых будет равна

лежит в пределах звуковых частот, поэтому сигналы биений можно принимать «на слух» с помощью телефонов. ч

Для измерения расстояний с помощью эффекта Допплера си­ стема должна иметь два передатчика, работающих на разных ча­ стотах ft и / 2 , и два приемника (рис. 76). Каждый приемник рассчи­ тан на прием прямого и отраженного сигналов только одного из передатчиков. Пусть мгновенные значения фаз колебаний прямых сигналов, излученных в один и тот же момент двумя передатчиками, будут

где ф 0 1 и ф0 2 —начальные фазы колебаний. Одновременные мгно­ венные значения фаз отраженных колебаний на входе приемников можно записать в виде

148

от объекта, а также в цепях приемников будем считать одинаковыми. Частоты биений прямого и отраженного сигналов на выходе каждого приемника будут равны соответствующим допплеровским частотам.

Шкалу фазометра можно проградуировать в единицах расстоя­ ния при некотором стандартном значении скорости ѵ и отсчитывать по фазометру сразу величину расстояния в единицах длины.

§ 20. И З М Е Р Е Н И Е ЧАСТОТЫ

Измерения частоты имеют важное значение при всех электрон­ ных методах измерения расстояний, так как частота электрических колебаний задает масштаб времени и линейный масштаб результата измерений. Как было показано выше, относительная ошибка в длине линии, измеренной любым электронным — импульсным, фазовым или частотным—методом, равна относительной ошибке частоты, на которой ведется измерение. Поэтому при точных измерениях рас­ стояний измерение (или стабилизация) частоты должно выполняться с точностью, достигающей 1 • 10"6 и даже более высокой.

Измерение частоты электрических колебаний сводится к сравне­ нию ее с известной частотой. Существует система образцовых ча­ стот, называемых стандартами частоты, которые генерируются высокостабильными кварцевыми генераторами. Наиболее высокой

149

Такие стандарты частоты, называемые квантовыми (а также атомными или молекулярными), обладают нестабильностью не более 10~1 3 в течение суток. Они используются в качестве первичных эталонов и предназначены для периодической проверки частот вторичных эталонов. Вторичными эталонами частоты являются высокостабиль­ ные кварцевые генераторы с нестабильностью порядка 10"1 0 : Частота вторичных эталонов используется в качестве несущей частоты неко­ торых широковещательных радиостанций, благодаря чему стано­ вится возможным контролировать частоты при наличии специаль­ ного приемника практически в любом месте. Если точность изме­ рения частоты не превосходит 10" 6 —10~7 , то в качестве образцового генератора обычно используют местный кварцевый генератор (опор­ ный генератор, кварцевый калибратор), частота которого периоди­ чески поверяется по вторичному эталону.

При измерениях частоты возможны два случая: а) собственно измерение частоты, когда определяется неизвестная частота какоголибо колебания; б) контроль частоты генератора по частоте более стабильного генератора. В последнем случае говорят об эталониро­ вании частоты. Способы сравнения частот подразделяются на осциллографические, резонансные, биений, гетеродинные, счетно-импульс­ ные (цифровые) и др.

Распространенной разновидностью осциллографического способа сравнения частот является метод фигур Лиссажу. В этом способе напряжение неизвестной частоты подается на одну пару отклоня­ ющих пластин электронно-лучевой трубки, а напряжение извест­ ной частоты — на другую пару пластин. При некратном отношении частот на экране наблюдается постоянно меняющаяся картина и срав­ нение частот невозможно. При целочисленном отношении частот на экране трубки наблюдаются устойчивые фигуры Лиссажу, вид которых зависит как от отношения частот приложенных напряжений, так и от их разности фаз. Например, при отношениях частот 1 : 1 , 1 : 3 и 2 : 3 для разностей фаз, равных 0 и 90°, фигуры Лиссажу имеют вид, изображенный на рис. 77. Отношение частот колебаний, неза­ висимо от их разности фаз, равно отношению числа точек пересе­ чения фигуры Лиссажу с прямой, проведенной параллельно оси абсцисс, к числу точек пересечения фигуры с прямой, проведенной параллельно оси ординат так, чтобы прямые не проходили через узлы фигуры (под узлами понимаются точки пересечения линии, образующей фигуру Лиссажу).

Если отношение частот незначительно отличается от целочислен­ ного, то на экране наблюдается медленно изменяющаяся фигура Лиссажу, соответствующая блия^айшему целочисленному отноше­ нию частот с медленно меняющейся фазой. Если, в частности, отно­ шение частот близко к 1 : 1, то на экране наблюдается эллипс пере­ менной формы, в некоторые моменты вырождающийся в прямую.

150