Файл: Генике, А. А. Геодезические фазовые дальномеры.pdf

индикаций. На рис. 131 дано графическое изображение изменения принимаемого светового потока Ф с изменением масштабной частоты, причем Д і С Д і- Отсюда видно, что при измерении коротких линий световой поток изменяется значительно медленнее, чем при измере­ нии более длинных, следовательно, получение нулевой индикации может сопровождаться большей ошибкой.

При измерениях масштабная частота определяется по заранее градуированной шкале генератора масштабной частоты.

Для калибровки шкалы в дальномере «Кристалл» используется

имеются два кварцевых генератора с частотами в 100 и 110 кГц.

от смещения частот обоих генераторов, позволяет каждый интервал в 100 кГц разделить еще на 10 частей. Таким образом, в этом даль­ номере «калибровочные точки» следуют друг за другом через 10 кГц, что приводит к уменьшению влияния частотной ошибки.

Влияние ошибок измерения метеоэлементов на результаты, полу­ чаемые топографическими дальномерами, невелико.

Программа наблюдений составляется примерно так же, как и для светодальномера СВВ-1.

При измерении длин линий дальномером «Кристалл» программа составляется в двух вариантах. При измерении литіи до 600 м можно получить внутри частотного диапазона дальномера от 2 до 12 нуле­ вых индикаций на различных масштабных частотах. Следовательно, между частотами, соответствующими двум соседним кварцевым точ­ кам шкалы генератора, будет наблюдаться по одной нулевой индика­ ции. Измерение таких линий ведут на двух нулевых индикациях, ча-. стоты которых расположены в начале и конце частотного диапазона. Число п определяют непосредственным счетом нулевых индикаций.

214

Если длина линии более 600 м, то между кварцевыми точками наблюдают по две нулевые индикации, ближайшие к кварцевым точкам. Две нулевые индикации располагают в начале частотного диапазона, а две — в конце. В этом случае число п вычисляют.

Один прием измерений состоит из следующих действий. На шкале генератора устанавливают отсчет, несколько меньший отсчета, со­ ответствующего «младшей» кварцевой точке. Затем, вращая рукоятку в сторону увеличения частоты, получают нулевые биения и записы­ вают отсчет. То же повторяют в обратном порядке, т. е. вращая рукоятку в сторону уменьшения частоты. Далее устанавливают на отсчет, несколько меньший отсчета первой нулевой индикации, вращают рукоятку в сторону увеличения частоты до тех пор, пока принимаемый световой поток не станет минимальным. Полученный отсчет по шкале записывают в журнал, после чего повторяют наблю­ дения в обратном порядке. Если измеряемое расстояние больше 600 м, то наблюдают вторую нулевую индикацию в том же порядке, и, наконец, наблюдают «старшую» кварцевую точку. На этом заканчи­ вается прямой ход. Обратный ход начинают со «старшей» кварцевой точки, затем наблюдают вторую нулевую индикацию, далее первую. Заканчивают прием наблюдением «младшей» кварцевой точки. Тем­ пературу воздуха измеряют в начале и конце наблюдений всех приемов, давление же воздуха можно измерять один раз.

Программа измерений светодальномером СТ-62 составляется по­ добным же образом, только с тем отличием, что независимо от длины измеряемой линии между кварцевыми точками наблюдают только одну нулевую индикацию.

Один прием измерений дальномером СТ-62 состоит из тех же дей­ ствий, что и прием измерений дальномером «Кристалл».

Процесс измерений светодальномером КДГ-3 такой же, как н светодальномером «Кварц», поэтому на нем останавливаться не будем. Источники ошибок и их влияние в основном такие же, как в «Кварце». Однако к ним добавляется еще влияние «фазовости» в пучке излуче­ ния. Происхождение ее иное, нежели в ЭОД-1 или геодиметрах. Фазовость в КДГ-3 возникает вследствие того, что в примененном в нем источнике излучения — светодиоде — излучение из пограничного слоя происходит в различных точках вдоль слоя с разным сдвигом во вре­ мени относительно модулирующего электрического сигнала. В итоге в сечении пучка света плоскостью, перпендикулярной направлению распространения его, сигнал в разных точках плоскости будет иметь разную фазу.

И если при измерениях на отражатель будет попадать свет, вы­ шедший то из одного участка светодиода, то из другого (а на ОКЗ будет попадать всегда из одного и того же участка!), то измерения могут оказаться искаженными недопустимо большими ошибками.

Для уменьшения влияния фазовости необходимо наводить при­ бор на отражатель возможно более единообразно (особенно в азиму­ тальном направлении), чтобы всегда работать одним и тем же участ­ ком светового пучка.

215

ОБРАЗЕЦ ЗАПИСИ в журнале измерения длины линии светодальномером «Кристалл»

§ 33. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИН ЛИНИЙ РАДИОДАЛЬНОМЕРАМИ РДГ И РДГВ

Вначале проанализируем действия ошибок при измерении длин линий радиодальномерами РДГ и РДГВ.

Так же как и для светодальномеров, основные источники ошибок радиодальномерных измерений могут быть разбиты' на ошибки, обусловленные влиянием внешних условий, и инструментальные ошибки.

Ошибки первой группы в свою очередь подразделяются на ошиб­ ки, связанные с погрешностями в определении скорости распростра­ нения радиоволн в атмосфере, и ошибки, обусловленные отражени­ ями радиоволн от подстилающей поверхности. Влияние первых из них было рассмотрено выше. Поэтому остановимся вкратце на во­ просах, связанных с влиянием отражений от подстилающей поверх­ ности.

Как уже отмечалось в § 17, диаграмма направленности антенн радиодальномеров, работающих в десятисантиметровом диапазоне, равна 10—15°. Таким образом, уже на расстоянии в несколько сотён метров диаметр поперечного сечения «конуса излучения» составляет несколько десятков метров. Поскольку станции радиодальномера устанавливаются на высоте не более 30—40 м над поверхностью

216

земли, а длина измеряемых линий в большинстве случаев составляет несколько километров, то практически всегда станции радиодально­ мера облучают значительный участок земной поверхности, располо­ женный между этими станциями. Если подстилающая поверхность хорошо отражает подающие на нее радиоволны, то на вход приемного устройства удаленной станции одновременно попадают два сигнала: прямой и отраженный. В результате интерференции этих двух сигна­ лов образуется результирующий сигнал, который из-за влияния от­ ражений получает дополнительный фазовый сдвиг, искажающий результаты измерений.

Теоретические и экспери­ ментальныеисследования сви­ детельствуют о том, что воз­ никающая при этом ошибка измерений зависит от разности хода между прямым и отра­ женным сигналами, от отноше­ ния амплитуд этих сигналов и от значения частот несущих и модулирующих колебаний. В современных радиодальноме­ рах для уменьшения влияния отраженных радиоволн длины линии измеряют на нескольких несущих частотах. При вычис­ лении среднего результата из этой серии измерений ошибка из-за отражений в большин­ стве случаев существенно умень­ шается.

При выборе линий для измерений радиодальномером необходимо стремиться к тому, чтобы подстилающая поверхность хорошо рас­ сеивала отраженные радиоволны. С этой точки зрения благоприят­ ными для радиодальномерных измерений являются линии, прохо­ дящие над лесом, кустарниками, высокой травой и т. п. К неблаго­ приятным линиям относят линии, проходящие над водной поверх­ ностью, снежным покровом и другими ровными участками земной поверхности.

О степени влияния отражений на результаты радиодальномерных измерений судят по виду графиков, представляющих собой зависи­ мость измеряемого радиодальномером времени прохождения радио­ волн от значения несущей частоты. Для более полного исключения ошибок, обусловленных влиянием отражений, стремятся к тому, чтобы упомянутый выше график имел периодический характер. Для примера на рис. 132 приведен образец графика изменений показаний по диапазону несущих частот, содержащий целый период, а на рис. 133 — образец графика, не содержащий целого" периода.

Переходим к рассмотрению инструментальных ошибок.

217

Частотная ошибка радиодальномера определяется стабильностью основной масштабной частоты кварцевого генератора ведущей стан­ ции. При соблюдении сроков эталонирования данной частоты, пред­ писываемой инструкцией по эксплуатации (не реже одного раза в месяц), частотная ошибка в радиодальномере РДГ и РДГВ неве­

лика. Значение ооычно не превышает 1*10-8. Основной инстру­

ментальной ошибкой при измерении длин линий радиодальномером являемся фазовая ошибка, которая складывается из следующих частей: 1) ошибки фазометра; 2) ошибки, обусловленные временными

рений в таком фазометре возникают ошибки отсчета по шкале и ошибки, связанные с искажением формы круговой развертки и ее сдвигом относительно отсчетной шкалы. Ошибки отсчета обусло­ влены прежде всего тем, что в радиодальномерах РДГ и РДГВ ис­ пользована слишком грубдя шкала, позволяющая произвести отсчет с точностью не выше 0,5 нс (или в линейной мере 7,5 см). При

. выполнении многократных отсчетов величина этой ошибки снижается. Ошибки фазометра второго типа обусловлены эллиптичностью круговой развертки и ее эксцентриситетом относительно круговой шкалы. Для уменьшения ошибок данного вида оператор должен тщательно формировать круговую развертку. Для облегчения этой операции в последних выпусках радиодальномеров на прозрачную шкалу, помещаемую перед экраном трубки, наносится эталонная окружность. Кроме этого, величина отмеченных ошибок сущест­ венно уменьшается. при взятии двух диаметрально противополож­ ных отсчетов, для чего в дальномере имеется возможность, переме­ щать положение разрыва, по которому производится отсчет, на 180°.

Для исключения ошибок из-за временных задержек радиосигна­ лов внутри станций радиодальномера измерения производят на двух вспомогательных частотах (+ 4 и —А) кварцевого генератора ведо­

218

мой станции. Полуразность полученных отсчетов будет свободна от фазовых сдвигов в трактах разностной частоты, т. е. во всех трак­ тах, начиная от смесителя, установленного на входе приемного устройства.

Ошибки, обусловленные внутренними отражениями, являются следствием недостаточно строгого согласования отдельных элемен­ тов антенно-фидерной системы, в результате чего на вход приемного устройства радиодальномера от своего собственного передатчика

попадает несколько сигналов, имеющих различные временные за­ держки. Если эти отражения сохраняются с течением времени не­ изменными, то их влияние на результаты измерений можно учесть при определении постоянной поправки радиодальномера.

Наряду с внутренними отражениями на результаты радиодальномерных измерений заметное влияние оказывает побочная ампли­ тудная модуляция несущих колебаний, которая сопутствует полез­ ной частотной модуляции. Для уменьшения ошибок такого вида опе­ ратор должен тщательно настраивать клистронный генератор на максимум отдаваемой Мощности (по показаниям прибора «Ток кри­ сталла») при переходе с одной несущей частоты на другую.

Ошибки, обусловленные взаимным влиянием радиоканалов, воз­ никают из-за того, что с ведомой станции на ведущую необходимо передавать одновременно по одному радиоканалу как колебания от кварцевого генератора, так и импульсные сигналы, поступающие в клистронный генератор с выхода формирователя импульсов. Воз­ никающие при этом ошибки измерений существенно уменьшаются при взятии двух отсчётов со сдвигом на 180° импульсных сигналов, которые вызывают разрыв на круговой развертке. Таким образом, 180-градусный сдвиг разрыва позволяет одновременно уменьшить как ошибки фазометра, так и ошибки из-за взаимного влияния радио­ каналов. Однако для борьбы с последними важно, чтобы такой сдвиг производился на ведомой, а не на ведущей станции.

Приведенный разбор действия ошибок позволяет установить наиболее рациональную методику измерения длин линий радио­ дальномерами РДГ и РДГВ.

Для ослабления действия ошибок измерения метеоэлементов на величину скорости распространения радиоволн необходимо изме­ рять длины линий в течение двух-трех периодов суток, характери­ зуемых различными метеорологическими условиями.

Влияние отражений от подстилающей' поверхности можно суще­ ственно ослабить посредством выполнения измерений на серии различных несущих частот.

Инструментальные ошибки могут быть значительно уменьшены кад за счет многократности отсчетов по шкале фазометра, так и за счет описанных выше переключений и тщательности рекомендуемых настроек.

Программа измерений радиодальномером весьма проста и со­ стоит из следующих этапов:

. 1) взятие грубых отсчетов,

219