Файл: Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник].pdf

где VQ — постоянная величина; 2ъ — sin а — фазовый сдвиг (cp„3).

При малых значениях а sina — а, тогда

а напряжение на выходе фазового детектора

На рис. 12 эта зависимость изображена кривой /.

Рис. 12. Характеристика фазового детектора

Из формулы (49) видно, что вблизи значения а, рав­ ного нулю, точность определения угловой координаты низкая. Кроме того, знак напряжения на выходе фазо­ вого детектора не зависит от того, в какую сторону от направления на объект отклоняется антенна. Эти недо­ статки можно устранить, если ввести искусственный фа­

34

2. ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Измерение расстояний. При частотном методе изме­ рения расстояний объект облучается непрерывными коле­ баниями, модулированными по частоте. Расстояние до него определяется но величине отклонения частоты из­ лученных колебаний за время их распространения до объекта и обратно.

На рис. 13 приведена упрощенная структурная схема простейшей системы с частотной модуляцией, предназна­ ченной для определения расстояний. Генератор выраба­

нием (сплошная линия на рис. 14,а). Принятый отра­

на рис. 14,а). Сигнал генератора и отраженный сигнал подводятся к смесителю, на выходе которого образуются колебания разностной частоты, пропорциональной рас­

36

(О'мака

(Омин

Рис. 14. График изменения частоты во времени:

а — излученный и отраженный сигналы; б — изменение разностной частоты

Напряжение биений с выхода смесителя после уси­ ления подается на частотомер, который градуируется

непосредственно в единицах дальности.

При измерении расстояния определяется число пе-

риодов биений /р за половину периода модуляции т

т. е. частотомер может отсчитывать дискретные значения частоты биений, кратные половине периода частоты моду-

37

ляции. Это и будет определять как точность измерения расстояния, так и разрешающую способность по даль­ ности системы, использующей частотный метод.

Минимальное расстояние, которое можно отсчитать и которое получило название постоянной ошибки систе­ мы, будет при п = 1:

стем может колебаться от нескольких дециметров до де­ сятков метров и зависит от величины девиации частоты: чем больше величина девиации частоты, тем меньше ошибка в измерении расстояния и тем выше разрешаю­ щая способность по дальности.

Кроме постоянной ошибки на точность измерения рас­ стояния оказывают влияние тип отсчетного устройства и его масштаб, ошибка в измерении частоты биений А/р ,

Измерение расстояний и скорости. В простейшей си­ стеме измерения расстояний считалось, что объект не­ подвижен. При определении же расстояния до подвиж­ ного объекта частота биений в счетчике усредняется и его показания меняются плавно. Однако при этом появ­ ляется допплеровское смещение частоты

где V — радиальная составляющая относительной ско­ рости;

/о — средняя частота излучения. Рассмотрим два случая.

Первый случай — объект движется с малой скоростью

иfK<fv.

На рис. 15 приведены графики изменения частоты сигналов и формы напряжения биений при движущемся объекте для первого случая. Из них видно, что в случае

38

движения объекта кривая изменения частоты отражен­ ного сигнала сдвинута не только по оси времени на ве­ личину /об, но и по оси частот на величину fn, определяе­ мую составляющей скорости объекта. В связи с этим частота преобразованного сигнала изменяется через

39

в обоих полупериодах модуляции будет соответственно равно

ного сигнала изменяется через каждую половину перио­ да модуляции частоты передатчика. При этом среднее

значение частоты (постоянная составляющая) равно /р , т. е. пропорционально дальности Д, а амплитуда ее из­ менения (переменная составляющая) равна 2/Д ) т. е. про­ порциональна составляющей скорости объекта.

Таким образом, если в схеме приемника предусмот­ рено разделение постоянной и переменной составляющих преобразованного сигнала, то можно раздельно измерять дальность до объекта и скорость его движения.

Второй случай — объект движется с большой скоро­

стью и / д > / р .

На рис. 16 приведены графики изменения частоты преобразованного сигнала и формы напряжения биений при движущемся объекте для второго случая. В отличие от первого случая здесь частота Допплера настолько большая, что кривая изменения частоты отраженного сигнала во всех периодах модуляции расположена выше кривой изменения частоты передатчика. В этом случае частота преобразованного сигнала не достигает нуля и поэтому скачкообразного изменения фазы не происходит.

40