ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 86
Скачиваний: 0
фических условий. Дальнейшие работы в этом направлении привели к созданию радпогеодезнческой системы типа РГСЦ, предназначен ной для определения расстояний до летящего самолета.
Радиогеодезические системы типа РИР и РГСЦ работали в средне волновом диапазоне радиоволн. Уменьшение длины волны могло дать повышение точности, и в период 1949—1951 гг. в Физическом институте АН СССР им. Лебедева под руководством А. Б. Меликяна были выполнены экспериментальные работы с целью исследования возможности использования в радиодалытомерных системах УКВ диапазона. Эти эксперименты показали, что при измерениях может быть получена точность 0,3—0,4 м.
Новый период в истории развития радиодальномеров начался с 1956 г., когда Уодли (ЮАР) был создай радиодальномер, работа ющий на радиоволнах длиной около 10 см, модулированных колеба ниями с частотой 10 МГц. Этот радиодальномер, названный теллурометром, обеспечивал, высокую точность измерения линий длиной в несколько десятков километров.
Первый образец современного геодезического радиодальномера в СССР был разработан в ЦНИИГАиК под руководством А. А. Генике в 1960 г. (шифр ВРД), а затем промышленность начала серийно выпускать радиодальномер РДГ, нашедший широкое применение на геодезических работах. Радиодальномеры ВРД и РДГ работают в 10-саитиметровом диапазоне.
В этом диапазоне влияние подстилающей поверхности может в отдельных случаях заметно искажать результаты измерений.
Стремясь уменьшить это влияние, разработчики обращаются к еще более коротким волнам. В ЦНИИГАиК под руководством А. А. Геиике в 1967 г. разработан радиодальномер «Луч», в котором использован трехсантиметровый диапазон радиоволн. Его отличи тельной особенностью является то, что УКВ приемо-передатчик отделен от индикаторного блока. Поднимая этот приемо-передатчик на специальной разборной матче на высотз^ до 25 м, можно измерять линии значительной длины, не сооружая дорогостоящих геодезиче ских сигналов.
Следует заметить, что параллельное развитие дальномеров опти ческого и УКВ диапазонов вполне оправдано, поскольку каждая группа приборов открывает дополнительные возможности при вы полнении различного рода геодезических работ. Так, например, с помощью светодальномеров можно обеспечить более высокую точ ность измерений. В то же время радиодальномеры позволяют про
изводить измерения при |
самых различных состояниях атмосферы |
и даже при отсутствии |
оптической видимости. |
Г л а в а I
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ФАЗОВЫХ ДАЛЬНОМЕРОВ
§ і . ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЙ ПУТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
Принцип определения расстояний посредством измерения вре мени распространения электромагнитных волн несложен. Проще всего объяснить этот принцип на примере с импульсными сигналами.
Пусть в некоторый момент времени ty передатчик, расположенный в пункте А, излучает электромагнитные волны в виде отдельного импульса в направлении к пункту В. В пункте В этот импульс отражастся в обратном направлении п в момент времени t2 он приходит обратно в пункт А. Если скорость распространения электромагнит ных волн V известна, а промежуток времени — ty измерен, то длину пути между пунктами А и В легко подсчитать. Предполагая, что электромагнитные волны распространяются прямолинейно, эту длину можно считать равной удвоенному расстоянию между пунк тами А и В.
Таким образом, длина пути в прямом и обратиоді направлениях будет равна
2D = V(і2— ty),
откуда
|
( 1) |
где |
т — время распространения электромагнитных волн, равное |
t% |
tv |
|
Для определения длины линий на местности по результатам из |
мерения времени распространения электромагнитных волн приме няют специальный прибор, называемый дальномером и состоящий из двух частей. Одна часть дальномера содержит приемо-передатчик, излучающий и принимающий электромагнитные волны, а также устройство для измерения времени распространения этих волн. Эту часть дальномера устанавливают на одном из концов измеряемой линии. На другом конце устанавливают вторую часть дальномера — отражатель'или ретранслятор.
Под отражателем обычно понимают ’ устройство, от которого отражаются электромагнитные волны без усиления. В ретрансляторе простейшего типа электромагнитные волны принимаются, т. е. пре образуются в электрические сигналы, которые усиливаются, а затем с помощью передатчика излучаются в обратном направлении.
10
Поскольку скорость распространения электромагнитных волн близка к 300 000 км/с, то для получения удовлетворяющей гео дезической цели точности измерения длин линий, время распростра нения необходимо измерять с ошибкой менее одной миллиардной доли секунды (промежуток времени, равный 1-10~9 с, называют наносекундой и сокращенно обозначают нс). За 1 нс электро магнитные волны проходят путь длиной 30 см. Если учесть, что при измерениях волны всегда проходят расстояние в прямом и обратном направлениях, то ошибка измерения в 1 нс соответствует ошибке в определении длины линии, равной 15 см.
Казалось бы, с помощью короткого электромагнитного импульса можно наиболее просто измерить длину какой-либо линии посредст вом определения времени распространения т. Однако из-за техниче ских трудностей, связанных главным образом с трудностью надеж ного измерения таких малых интервалов времени, попытки создания импульсных дальномеров, пригодных для решения геодезических задач, пока еще ие привели к положительным результатам. В со временных дальномерах время распространения электромагнитных волн измеряют косвенным методом, основанным на измерении раз ности фаз двух синусоидальных электромагнитных колебаний. Для уяснения этого метода необходимы некоторые сведения из теории колебаний.
§ 2. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ КОЛЕБАНИЙ |
|
|
Колебания какой-либо величины, определяемые |
уравнением |
|
y = Hsincoi, |
(2) |
|
называются синусоидальными или |
гармоническими. |
|
В этом уравнении величина А, |
соответствующая максимальному |
|
значению у, называется амплитудой колебания. В общем случае амплитуда имеет ту же размерность, что и колеблющаяся величина.
Выражение cot носит название фазы колебания; она измеряется в градусной или радианной мере; величину со называют круговой или угловой частотой.
На рис. 1 дано графическое изображение процесса колебания. При этом колеблющаяся величина представляет собой проекцию вектора ОС, вращающегося вокруг точки О с угловой скоростью со. Промежуток времени, за который совершается одно полное колеба ние, иосит название периода колебаний и обозначается буквой Т. Очевидно,' период колебания Т зависит от угловой частоты
2я |
(3) |
со ' |
Величина, обратная периоду, называется частотой колебаний
и обозначается через /; / = -jr •
11
Частота / соответствует числу полных колебаний в единицу вре мени, т. е. за 1 с, и измеряется в герцах. Подставляя значение / в формулу (3), получим следующую простую зависимость:
со = 2л/. |
(4) |
В общем случае это колебание может начинаться в любой момент времени. Тогда текущая фаза уже не равна at, а определяется выра жением
Ѳ= <в£-|-.ср0,
где ср0 — начальная фаза в момент времени t = 0.
Рис. 1
Уравнение (2) для гармонического колебания приобретает вид
у = A sin (со* + фо), |
|
или |
(5) |
у = Л sin (2я/і + фо). |
|
Заметим, что колебание, определяемое уравнением |
|
у = А соз(ші + ф;), |
(6) |
также является гармоническим.
Уравнения (5) и (6) отличаются друг от друга только значением начальной фазы
t * зх
Фо = Фо + ^->
и в дальнейшем при анализе гармонических колебаний будем ис пользовать оба вида уравнения, что позволяет в отдельных случаях упростить математические преобразования'.
Распространяющиеся в пространстве колебания того или иного рода называют волнами. Если волны распространяются вдоль неко торой прямой с конечной скоростью ѵ, то фазы колебаний в различных точках этой прямой получаются различными.
12
Пусть, например, в каком-то элементарном объеме М окружа ющего нас пространства колебания определяются уравнением
, |
у —А sin (at + cp0). |
Тогда в другом элементарном объеме N, находящемся от М на рас стоянии D в направлении распространения волн, колебания будут совершаться с запаздыванием, причем время запаздывания равно
Тогда уравнение гармонического колебания для элементарного
объема N принимает вид |
^ |
у —Л sin |
(V) |
Выражение (7) называют уравнением плоской волны гармониче ского колебания.
За промежуток времени, равный периоду Т, колебание распро страняется на расстояние %— Тѵ. Заменив Т через частоту /, по лучим
Расстояние X называют длиной волны. Длина волны X зависит как от частоты колебания /, так и от скорости ѵ, зависящей в свою оче редь от физических свойств, среды, в которой распространяются, волны.
На рис. 2 условно показало распределение колебаний в прост ранстве вдоль некоторой прямой для двух моментов времени — tx и t2. Смещение второго графика вправо иллюстрирует тот факт, что колебания распространяются в пространстве с определенной скоростью V.
ГсС. ‘-.у5я*'48‘-.-
каучмо-тохіЩ*.о*.гг- библиотека <. ■ ьР
ЭКЗЕМПЛЯР