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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 209

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

деление поправки радиодальномера должно производиться не реже двух-трех раз в сезон.

Значительную, а часто и определяющую, часть ошибки радиодальномерных измерений составляет погрешность, обусловленная взаимодействием электромагнитной волны с подстилающей поверх­ ностью. Вследствие значительной ширины диаграммы направлен­ ности антенны часть энергии волны падает на подстилающую поверх­ ность и отражается от нее (см § 2, рис. 15). При этом ориентировка отдельных участков подстилающей поверхности может оказаться такой, что отраженные радиоволны поступят вместе с прямой волной на приемную антенну другой станции (см §. 2, рис. 16), произойдет сложение электрических колебаний и, как следствие этого, искаже­ ние фазы принимаемого сигнала. Этот вид взаимодействия волны с подстилающей поверхностью при радиодальномерных измерениях оказывает существенное влияние на результаты измерений.

Кроме эффекта отражения возможно взаимодействие между вол­ ной и подстилающей поверхностью, когда при малой высоте радио­ луча часть поверхности попадает в зону существенного влияния, ограниченного эллипсом (см. § 2, рис. 13). Этот эффект значительно слабее и встречается сравнительно редко. Поэтому он рассматри­ ваться не будет.

Влияние отражений на результаты радиодальномерных измере­ ний можно в принципе предвычислить заранее. Для этого необ­ ходимо, однако, для каждой линии знать положения всех отража­ ющих площадок подстилающей поверхности, их геометрические

иэлектрофизические характеристики. Тогда можно определить

наводимые отраженными лучами в приемной антенне

э. д. с ,

по

сумме которых можно найти искажение фазы сигнала

за их

счет

и исключить фазовую ошибку из результатов измерений. Вследствие сложности определения необходимых для такого учета ошибки пара­

метров

подстилающей поверхности он практически использован

быть не

может.

Как показывает теория влияния отражений от подстилающей поверхности колебаний на результаты радиодальномерных изме­ рений, в случае слабых однократных отражений радиолучей, иска­ жение ß фазы колебаний в приемной системе определяется соотно­ шением

 

п

 

 

 

 

 

ß ^ -

S ф, sin

2л. ^

cos 2я - ^ - f

 

 

где Ф,- = ~rpsiP.—коэффициент

ослабления

сигналов,

отраженных

Um пр

 

Хм—длина

 

 

 

от подстилающей поверхности;

волны

модулирующих

колебаний; Кн —длина

волны несущих

колебаний,

a

ADt—раз­

ность путей, пройденных отраженными и прямыми колебаниями

между

антеннами передающей и

приемной станций.

Как

следует из написанной формулы, при малом отношении раз­

ности хода отраженных и прямых

181

лучей к длине волны модуляции


колебаний соответствующая ошибка будет мала. Однако при точных

геодезических измерениях ею пренебречь все же нельзя.

Вследствие

того, что

величины

Ф, и ADt, как правило, неизвестны,

воспользо­

ваться приведенной

формулой для

вычисления

соответствующей

поправки

даже в рассматриваемом

простом случае нельзя. Вместе

с тем формула указывает на циклический

характер рассматривае­

мой ошибки. При равномерном изменении

ADt, Кы

или Хп

величина

ß будет

изменяться

периодически.

Это обстоятельство

позволяет

ослабить влияние отражений колебаний от подстилающей поверх­

ности,

если произвести ряд измерений при

различных

ÀM, Кн или

ADh а

за окончательный результат измерений принять среднее.

В этом

случае, если диапазон изменения

указанных

величин до­

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

отражений. Даже в ^случае, когда диапазон изменения ХІП

Хц

или

ADi недостаточен для перекрытия всего периода изменения

ß,

есть

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

вых циклов

к простейшим операциям, что

значительно упрощает

вычисление

расстояний.

 

 

Для

разрешения неоднозначности в геодезических

радиодально­

мерах кроме

основной

масштабной частоты

Fх, чаще

всего равной

10 МГц,

используются

дополнительные масштабные

частоты —

обычно три. Значения частот модуляции на ведущей станции опре­

деляются отношениями

 

 

 

 

 

F г

 

 

•= 0,999/*!

(253)

Fs

=

0,990^

 

F,

=

0,900/^

 

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

F[ = FX~AF

л

F2 =

F2-AF

F'S = FS~AF

"

F't =

Ft-AF

Кроме частоты F[ на ведомой станции используется также частота

F] = Fx

- j - AF, что позволяет, как было показано

в § 24, исклю­

чить из

результатов измерений низкочастотную

составляющую

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

измеряемому расстоянию.

 

 

 

Эта система, которая и используется при вычислении

расстояний,

следующая:

 

 

 

 

 

N'^iF,

•Fs)

At = 0,001^! At;

 

 

N'

= (Ft

 

 

•Fa)

At = 0,01F! At;

 

 

N'"

= (F1

— Ft)

At = 0,lF1 At;

(254)

 

Nj_ = Fx

At

 

 

Легко

заметить, что система

фазовых циклов (254) может быть

получена,

если использовать такую сетку масштабных

частот

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

обстоятельство конструктивного характера и определяет

выбор

сетки частот в пользу системы (253).

 

Систему фазовых циклов

(254) можно представить формулами

# '

= #!• Ю-8

 

N» =

N1'10-*

(255)

N"' =

NX-10-1

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

N1 = n1- 10а + щ • 101 4- п310° + щ • 10'1 + пъ. 10""2 + .

(256)

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

разрядов п1: п2, п3

и пі определяют как число десятков в отсчетах

соответственно AN',

A N " , AN'"и ANX. Число щ определяется только

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

требуемой

точностью

измерений.

 

 

 

 

 

 

 

 

Измерение расстояния одним приемом начинается с определения

приближенного

значения длины линии. Для этого на одной из не­

сущих частот, близкой к ее среднему значению, измеряются

(пред­

почтительно в долях фазового цикла)

разности фаз последовательно

на

всех

частотах

модуляции:

 

 

 

 

 

 

 

 

А +

— на частоте

Ft

с использованием

частоты

F[

на

ведомой

станции;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А'-—на

частоте

Ft

с использованием

частоты

F\

на

ведомой

станции;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В,

С я D — соответственно

на частотах

F2,

F3 и

Ft.

 

 

 

 

Так как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A+-B^AN'

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Â+-C

= AN"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A+-D^AN"'

\,

 

 

 

 

 

 

то

можно

записать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nt

= (А+

— В) • 102 т + — С) • 10 + + — D) j-А+~А~

.

(257)

 

Число

Nx

во

всех

слагаемых,

кроме

последнего,

образовано

только

цифрами

десятков

соответствующих

разностей

отсчетов.

 

В формуле (257) все слагаемые, кроме последнего, вполне до­

стоверны,

если

только

при

отсчитывании

по

шкале фазометра не

185