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

сделаны грубые промахи в десятых долях фазового цикла. По­ этому главное внимание в приеме уделяется получению так назы­

При этом предполагается, что с изменением несущей частоты изме­

погрешностей. С этой целью рекомендуется диапазон изменения несущей частоты выбирать так, чтобы в пределах этого диапазона сточные» отсчеты по возможности испытывали полный цикл изме­ нений, вызванных отражениями, что удается далеко не всегда. Число несущих частот, которые распределяются равномерно внутри вы­ бранного диапазона, может быть различным и, как и число приемов, определяется точностью измерений. В конце приема в случае не­ обходимости «грубые» отсчеты могут быть повторены с целью под­ тверждения приближенного значения длины линии.

При обработке результатов точных измерений для каждой из несущих частот вычисляют значения дробной части фазовых циклов

частоты несущих колебаний, который используется при измерении расстояний.

§26. УСТРОЙСТВО И Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И

ГЕ О Д Е З И Ч Е С К И Х РАДИОДАЛЬНОМЕРОВ

Первая модель теллурометра MRA-1 (рис. 95) была выпущена в 1956 г. и послужила, как уже говорилось, образцом для всех современных радиодальномеров геодезического назначения. Эта

одной станции комплекта равен 26 кг. Станции питаются от аккуму­ ляторных батарей, потребляя мощность около 60 Вт на одну стан­ цию. Ведущая и ведомая станции радиодальномерного комплекта имеют двухстороннюю радиотелефонную связь, осуществляемую с помощью тех же клистронных генераторов, при помощи которых ведется измерение линий.

Блок-схема радиодальномера MRA-1 (рис. 96) отличается от обобщенной схемы радиодальномера (см. рис. 93) расположением

186

вфокусе параболического рефлектора диаметром около 0,5 м.

Ширина диаграммы направленности антенн около 12°. Передающий

разделению передаваемых и принимаемых сигналов (плоскости поля­ ризации радиоволн взаимно перпендикулярны) и в некоторой сте­ пени ослабляет влияние подстилающей поверхности.

Диапазон изменения несущей частоты клистронного генератора ведущей станции составляет 2750—3150 МГц, а ведомой станции — 2783—3183 МГц. Разностная частота клистронных генераторов, на которой производится усиление сигнала с помощью многокаскад­ ного усилителя промежуточной частоты (УПЧ), ручной регулиров­ кой поддерживается в процессе измерения равной 33 M Гц.

Вырабатываемые кварцевым генератором ведущей станции коле­ бания имеют основную масштабную частоту F\ = 10 МГц, обладают нестабильностью не ниже 10"6 . Остальные масштабные частоты определяются равенствами (253). Разность частот модуляции ведущей и ведомой станций, на которой производится измерение разности фаз, составляет AF = 1 кГц.

Прохождение сигналов по цепям станций соответствует обобщен­ ной схеме (см. рис. 93), рассмотренной в § 23. При этом преобразо­ вателем сигналов низкой частоты на ведомой станции служит фор­ мирователь импульсов. С помощью формирователя в моменты пере­ хода низкочастотного напряжения через нулевое значение в начале положительного полупериода формируется остроконечный импульс длительностью около 10 мкс, который и используется для дополни­ тельной модуляции клистронного генератора ведомой станции. Таким образом, колебания клистронного генератора ведомой стан­ ции модулированы по частоте гармоническим высокочастотным сигналом и импульсным низкочастотным. Измерение разности фаз осуществляется по методу яркостных меток (см. § 15). Для этого выделяемое с помощью амплитудного детектора ведущей станции гармоническое колебание разностной частоты AF = 1 кГц после усиления и расщепления по фазе на 90° подается на отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки с целью получения круговой развертки. Сформированный на ведомой станции импульс той же частоты после прохождения УПЧ ведущей станции выделяется частотным детектором и подается на управляющий электрод трубки, вследствие чего наблюдается разрыв в круговой развертке (см. рис. 52, б).

Электронно-лучевая трубка на ведомой станции служит для контроля формы и амплитуды импульса, формируемого на этой стан­ ции, а также для сравнения частот модуляции ведущей и ведомой станций. Для сравнения частот в схеме ведомой станции имеется генератор синусоидальных колебаний частоты 1 кГц. При сравне­ нии частот модуляции станций колебания этого генератора пода­ ются на одну пару отклоняющих пластин электронно-лучевой трубки, а колебание разностной частоты кварцевых генераторов

188

ведущей и ведомой станций с выхода амплитудного детектора по­ дается на другую пару пластин. При равенстве подаваемых на пла­ стины частот на экране наблюдается эллиптическая развертка. Если разность частот модуляции колебаний ведущей и ведомой стан­ ций отличается от частоты генератора, то на экране наблюдается эллипс переменной формы. Считая частоту модуляции ведущей станции безошибочной, частоту кварцевого генератора ведомой станции перестраивают до тех пор, пока разностная частота не станет равной частоте генератора 1 кГц.

По образцу радиодальномера MRA-1 был создан ряд приборов (ВРД и РДГ в СССР, GET-B1 в Венгрии и др.), которые нашли широкое применение в практике геодезических работ. Одновременно продолжались работы по созданию более совершенных радиодально­ меров. Результатом этих работ явились более точные, компактные и надежные приборы.

Значительным усовершенствованием является передача низко­ частотного колебания с ведомой станции на ведущую с помощью так называемой «поднесущей» частоты. В ряде случаев это позволяет более просто измерять разность фаз, обеспечивая высокую точность результата. В этом случае на ведомой станции имеется вспомогатель­ ный генератор поднесущей частоты, значение которой резко отли­ чается как от разностной частоты модуляции, так и от частоты моду­ ляции. Колебания генератора поднесущей частоты модулируются по частоте синусоидальным сигналом с выхода амплитудного детек­ тора ведомой станции. В свою очередь колебания генератора под­ несущей частоты осуществляют частотную модуляцию колебаний клистронного генератора ведомой станции. На ведущей станции для восстановления низкочастотного колебания, сформированного на ведомой станции, детектор (2) (см. рис. 93) составляется из двух последовательно включенных частотных детекторов. Первый из детекторов восстанавливает колебание поднесущей частоты, моду­ лированное по частоте низкочастотным сигналом. И только второй частотный детектор выделяет низкочастотное колебание из модули­ рованного колебания поднесущей частоты.

Значительное внимание уделялось созданию приборов с умень­ шенной по сравнению с MRA-1 длиной волны несущей частоты до 3 см и даже до 8 мм. Это вызывается стремлением ослабить влия­ ние подстилающей поверхности на результаты измерений главным образом за счет сужения диаграммы направленности антенн при тех же их размерах. Так, ширина диаграммы направленности трехсан­ тиметрового радиодальномера составляет около 5°, тогда как для десятисантиметрового дальномера при тех же размерах антенн она составляет 12—15° и более. Однако с уменьшением длины волны несущих колебаний возрастает уровень шумов, что снижает чув­ ствительность дальномера. Так, для трехсантиметрового радиодаль­ номера чувствительность в три, а для сантиметрового в 15 раз меньше, чем у десятисантиметрового радиодальномера. Кроме того, с умень­ шением длины волны значительно возрастает поглощение колебаний

189

ів атмосфере, в особенности при тумане или дожде. Поэтому, опти­ мальной длиной волны для геодезических радиодальномеров в на­ стоящее время считается 3 см.

Общее направление развития радиодальномеров привело и к кон­ структивным изменениям. Так, изменение способа передачи низко­ частотного колебания с ведомой станции на ведущую потребовало замены формирователей импульсов генераторами поднесущей ча­ стоты на ведомой станции. Уменьшение длины волны несущего колебания вызвало изменение конструкций антенных устройств — вместо полуволновых вибраторов стали применяться волноводные излучатели. Ряд конструктивных изменений обусловлен переходом к широкому применению полупроводниковых приборов: в настоя­ щее время имеются радиодальномеры, в которых все электронные приборы, за исключением отражательных клистронов, являются полупроводниковыми. Это позволило резко снизить вес, габариты и потребляемую мощность станций. Наконец, ряд конструктивных особенностей современных радиодальномеров обусловлен переходом от визуальной фиксации разности фаз к цифровой.

Переходя к краткому обзору радиодальномеров, следует огово­ риться, что литературные сведения о многих радиодальномерах не­ полны, а зачастую и противоречивы.

После выпуска модели MRA-1 фирма «Теллурометр» разработала более совершенные модели MRA-2, MRA-3, MRA-4. Модель MRA-2 отличается от модели MRA-1 взаимозаменяемостью станций и приме­ нением полупроводниковых приборов в блоке питания (вместо лам­ повых в MRA-1), что позволило на 20% снизить вес станций. Для удобства транспортировки рефлектор станции MRA-2 имеет прямо­ угольный раскрыв вместо обычного круглого. В модели MRA-3 длина волны несущего колебания уменьшена до 3 см. Прибор вы­

Все эти особенности позволяют получать высокие по точности ре­ зультаты измерений. Считают, что этот радиодальномер по точности приближается к лучшим моделям светодальномеров.

С 1960 г. в США выпускается радиодальномер ДМ-20 «Электро­ тейп», предназначенный для измерения расстояний от 75 м до 100 км. Несущая частота плавно регулируется в пределах 10,0—10,5 ГГц и модулируется частотами от 6,7 до 7,5 МГц. Измерение разности фаз производится на частоте 1,5 кГц с помощью цифрового фазо­ метра, проградуированного в долях расстояния для среднего зна­

отличие метеорологических элементов во время измерений от сред­ них. Собранный на полупроводниковых приборах радиодальномер имеет небольшой вес (10 кг) и габариты. Кроме ДМ-20 в США раз-

190