SU121486A1 - Способ измерени рассто ний и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Дл  ВЫСОКОТОЧНЫХ измерений рассто ний в геодезии примен ют инструменты с использованием световых волн видимой части спектра. Хот  эти инструменты обеспечивают необходимую дл  геодезии точность (погрешность не больше 3 10 измер емого рассто ни ), но они обладают р дом суш,ественных недостатков: измереиие необходимо проводить в ночное врем  и иметь хорошую видимость и др. По вившиес  в 1957 г. в зарубежных журналах сообш,ени  о разработке радиодальномера-Теллурометра дл  измерени  рассто ний в геодезии не отражают его сущности, а известные способы и устройства дл  измерени  рассто ний с помош,ью радиосредств не могут быть использованы в геодезии, так как они не обеспечивают необходимую точность измерени .

Предлагаемые способ измерени  рассто ний и устройство дл  его осуш,ествлени  удовлетвор ют требовани м геодезии в отношении точности измерени  рассто ни  и свободны от недостатков, присуш,их светодальномерам .

На фиг. 1 и 2 изображены скелетные схемы «излучаюш,ей и «отражаюш;ей станций одного из возможных вариантов осуи.1,ествлени  устройства дл  измерений рассто ний по предлагаемому способу; на фиг. 3 - частотные спектры, излучаемые станци ми Л и Б; на фиг. 4 - частотный спектр модулирующего напр жени  колебани  про.1ежуточной частоты на выходе смесител  станций А и Б; на фиг. 5-скелетна  схема упрощенной отражающей станции. Дл  краткости в тексте излучающа  станци  обозначаетс  буквой А, а отражающа  - буквой Б.

№ 121486- 2 -

На фиг. 1 обозначено: / - генератор УВЧ; 2-кварцевый генерагор; 3 - смеситель; 4 - усилитель промежуточной частоты; 5 - детектор; 6 - видеоусилитель; 7 - усилитель низкой частоты; 8 - телефонный усилитель; 9 - микрофонный усилитель; 10 - электронно-лучева  трубка.

На фиг. 2 - 11 - генератор УВЧ; 12-первый смеситель; 13 - усилитель промежуточной частоты; 14 - детектор; 15 - усилитель низкой частоты; 16-импульсный каскад; 17-четвертый смеситель; 18 - фильтр; 19 - резонансный усилитель; 20 - п тый смеситель; 21 - резонансный усилитель; 22 - второй смеситель; 23 - кварцевый гетеродин; 24 - резонансный узкополосный (кварцевый) усилитель; 25 - бал&исный модул тор; 26 - Низкочастотный генератор; 27 и 28 - узкополосные кварцевые фильтры; 29 - третий смеситель; 30 - резонансный }силитель; 31 - суммирующий каскад; 32 - телефонный усилитель; 33 - микрофонный усилитель.

На фиг. 5 обозначено: 34 - генератор УВЧ; 35 - первый смеситель; 36-усилитель промежуточной частоты; 37 - детектор; 38-усилитель низкой, частоты; 39 - импульсный каскад; 40 - второй смеситель; 41 - фильтр; 42 - резонансный усилитель; 43 - резонансный Ззкополосный (кварцевый) усилитель; 44-кварцевый генератор; 45-суммирующий каскад, 46 - телефонный усилитель; 47 - микрофонный усилитель.

Сущность предлагаемого способа измерени  рассто ни  состоит в следующем.

Станции А и Б устанавливаютс  в точках, между которыми измер етс  рассто ние. Отсчет рассто ни  производитс  на станции А. Станци  А излучает, а станци  Б отражает радиоЕолны сантиметрового диапазона через узконаправленные антенны в виде парабаллических зеркал , в фокусе которых размещены передающий и приемный вибраторы. Станци  А излучает в сторону станции Б радиоволны с несущей частотой /А, модулированные по амплитуде сипусоидальными колебани ми частоты F, на которых производитс  измерение сдвига фаз. Станци  Б отражает в сторону станции /1 радиоволны с несущей частотой /Б, модулированные по амплитуде синусоидальными колебани ми частоты F + Д/ или F - Af, где низка  частота (ДГС)- Этот же сигнал одновременно модулируетс  импульсами, имеющими частоту следовани  , каким-либо из известных методом модул ции. В обеих станци х отсутствуют местные гетеродины, а дл  преобразозани  частоты используютс  колебани , непосредственно наводимые передающим вибратором на приемный; разность частот генераторов УВЧ станций Л и 5 выбирают равной промежуточной частоте приемников обеих станций. Таким образом в интервалах между импз /тьсами па входе преобразовател  частоты действуют два амнлитудно-модулированных колебани . Анализ показывает, что в этом случае на выходе смесител  колебани  промежуточной частоты оказываютс  промодулированным сигналом, содержащим колебани  частоты Af, F, F + AF. Мгновенна  фаза низкочастотной составл ющей модз лируюл цего сигнала оказываетс  равной разпости мгновенных фаз модулирующих синусоидальных напр жений сигналов , излучаемых и принимаемых передающим и приемным вибраторами .

В станции Б колебание про.межуточной частоты усиливаетс  и детектируетс . Полученный, с выхода детектора сигнал подводитс  к усилителю низкой частоты, с выхода которого сигнал низкой частоты подводитс  к специальному импульсному каскаду, превращающему синусоидальные колебани  в -короткие импульсы той же частоты следовани 

и той же фазы. Этими импульсами и модулируетс  генератор УВЧ этой станции. Следовательио, мгнопениг.  фаза мсдулирующи.х импульсов также равиа разности мгнозенпых фаз модулирующих синусоидальных напр жений сигналов, излучаемых п принимаемых вибраторами ст;1ниии, что необходимо дл  получени  ЕЫСОКОП точности измерени .

В станции А сигнал после детектора подводитс  к усилителю низкой частоты и видеоусилителЕо. На выходе первого усилител  образуетс  сииусоидальный низкочастотный сигнал частоты AF, а на выходе второго - короткие импульсы. Индикатор стаиции А измер ет разность фаз низкочастотных синусоида.чьных колебаний и импульсов. .Диализ показывает , что при частоте модулирующих синусоидальных колебаний

станции Б-/+А/ показаиие индикатора будет равно 22 +Афд

ЛФА + ДФБ-, а при частоте f - Af равно-22 -- - Ф -ЛФл + ДФв f

Величииа 2 2 -;:- есть искомый результат измерени , а сумма АФ. -

- АФ А + АФ Б - погрешность измерени . Здесь 52 2:iF, г - измер е .мое рассто ние, VQ - скорость света; АФл АФдв + АФда + АФдн; ДФ Ав , АФАп. ДФАн -углы, учитывающие искажение фазы соответственно модулирующих импульсов в высокочастотном тракте и усилителе промежуточной частоты и видеоимпульсов в импульсном тракте станции Л.- ДФА ДФАВ+ ЛФАп+ДФАк ; ДФА  (О + AQ) - Фд„()

ФАв (9)-Фдв (-Д); ФлЛУ, Фл« (), ФА, (О-ДУ)углы , учитывающие искажение фазы модулирующих колебаний в высокочастотном тракте станции А (в функции от частоты модулирующих колебаний), ДФ дп , ДФАн - углы, учитывающие искажение фазы соответственно модулирующего колебани  частоты Д/- в усилителе промежуточной частоты и синусоидального колебани  частоты ДF в усилителе низкой частоты станции Л; ДФБ ДФБ11 +ДФБп -f Фвн: ДФБв, ДФБп, АФБн - углы, учитывающие искажени  фазы в соответствующих трактах станции Б.

Погрешность измерени , следовательно, зависит не от модулирующей частоты F, а от низкой частоты AF. Так как АР много меньще ширины полосы пропускани  тракта высокой частоты и усилител  промежуточной частоты, то составл ющие погрешности вследствие фазовых искажений в высокочастотном тракте и в усилитате промежуточной частоты будут ничтожно малыми; составл ющие погрещностей вследствие фазовых искажений в низкочастотных и импульсных трактах, при правильно выбранных параметрах в них, могут быть получены также ничтожно малыми. Таким образом суммарна  иогрешиость АФА-АФА Ч+ ДФ Б будет ничтожно малой величиной- Дл  исключени  остаточной погрещности производитс  двухкратное измерени е рассто ни : один раз при частоте модулирующего колебани  генератора УВЧ станции Б F + + AF и другой - при частоте F - Д. В первом случае результат измерени  2Q - получаетс  с положительным знаком, во втором - с отрицательиым при сохранении неизменным знака погрещности измерени . Полуразность обоих показаний дает реззльтат без погрешности измерени . Такой метод исключени  иогрещности ириводит одновременно к исключению и некоторых других составл ющих погрешностей: погрещности за счет неточности установки шкалы, систематических ошибок отсчетов, эллиптичности развертки и пр.

Излучаемые станиией А колебани  модулируютс  ио амплитуде синусоидальным сигналом частоты F, а станцией Б - двум  сигналами - по амплитуде синусоидальными колебани ми частоты F + AF или F -

- 3-Ло 121486

о

М 121486-4 -

- Д/- и каким-либо методом модул ции (например амплитудным, частотным н др.) импульсами, частота следовани  которых равна , а мгновенна  фаза - разности мгновенных фаз люду.чируюш.их синусоидальных напр жений сигналов, излучаемых и принимаемых вибраторами обоих станций. В супергетеродинных приемниках обеих станций дл  преобразовапи  частоты используютс  колебани , непосредственно наводимые передающим вибратором на приемный вибратор; разность частот генераторов УВЧ станций Л и Б выбираетс  при этом равной промежуточной частоте приемпиков обоих станций. Отсчет рассто ний производитс  на станции А по двум измерени м разности фаз между полученным после детектировани  синусоидальным сигналом низкой частоты и импульсами, одно из которых ио.г/чают при частоте модул ции отрахсаюш.ей станции F + Д/ а другое-при частоте F - .

Устройство дл  осуществлени  способа измерени  рассто ни  состоит в следующем.

Генератор УВЧ I станции А (фиг. 1) модулируетс  колебани ми высокостабильной частоты F, вырабатываемыми кварцевым генератором 2. Дл  онределени  полного числа оборотов фазы используютс  три дополнительные выеокостабильные колебани , которыми поочередно модулируетс  генератор УВЧ. Целесообразно, например, выбирать Р 10 мггц, а остальные частоты - 9,99 мггц, 9,9 мггц п 9,0 мггц. Переход от одной модулирующей частоты к другой осугцеств.т етс  переключением кварцев К ., К ,i, К лз К A.i с иомоль.о переключател  /7 м . Разности между отсчетами дл  основной частоты 10 мггц и остальными трем  частотами дают показани  фазьг от-нос пхисс  к разностной частоте модул ции, т. е. 10, 100 и 1000 кгц. Ир-л данных частотах вс  щкала соответствует около 15 м и возможно определ ть рассто ни  до 15 км. Если рассто ни  больще 15 км, то отсчет оп ть начинаетс  с О через каждые следующие 15 км.

Колебани  частоты F п F - Д/- дл  модул ции генератора УВЧ // стацции Б (фцг. 2) могут быть г олучены различными методами, например с помощью балансного модул тора. Дл  этой цели колебание частоты F с выхода детектора 14 с помощью второго смесител  22 и кварцевого гетеродина 23 снижаетс  до F „р, которое подводитс  вместе с колебани ми частоты &.F от низкочастотного генератора 26, к балансному модул тору 25, где с помощью двух узкополосных кварцевых фильтров 27 и 28 на выходе выдел ютс  частоты г „р + Д/- п f„р - &.F, выбор той или другой частоты производитс  переключателем Преобразование частоты от Fr.p ± Д/ к частоте/±Д/производитс  с помощью третьего смесител  29 и того же кварцевого гетеродина 23. Так как генератор УВЧ станции /1 модулируетс  поочередно четырьм  различными частотами, то кварцевый генератор станции Б вырабатывает соответственно колебани  четырех различных частот, выбор которых производитс  переключепием кварцев ATsij Я вг Къ, /С B.jC помощью переключател  //BI.

Модзл ци  импульсами генератора УВЧ по амплитуде возможна в том случае, если это допустимо дл  лампы генератора (здесь также возможно примен ть отдельный импульсный генератор). Модул ци  по частоте целесообразна в том случае, если дл  генератора УВЧ можно использовать лампу, позвол ющую измен ть частоту колебаний электрическими импульсами. Если оба способа модул ции использовать невозможно , то целесообразно использовать метод модул ции импульсами поднесущей (частота поднесущей равна F) с использованием одной верхней боковой полосы спектра импульсов (см. фиг. 2). Импульсы с выхода импульсного каскада 16 вместе с колебани ми F пр с выхода кварцевого усилител  24 подвод тс  на четвертый смеситель 77 и с помощью фильтра 18 и резонансного усилител  19 выдел етс  верхн   бокова  полоса спектра. Это напр лсение подзодптг  на п тый смеситель 20 вместе с колебани ми от кварцевого гетеродина 23. С помощью резонансного усилител  21 выдел етс  искома  верхн   бокова  полоса спектра, которым модулируетс  генератор УВЧ. Спектр модулирующих импульсов ограничен от / ,,„„ до ,„д. , что позвол ет па выходе детектора станции Л отделить импульсный сигнал от синусоидального сигнала частоты Д.

Измерение разности фаз производ 1тс  на станции .4 с помощью электронно-лучевой трубки 10. На каждую пару пластин от устройства на выходе ус; лнтел  низкой частоты 7 (на фиг. 1 не обозначено) подвод тс  колебани  одинаковой амплитуды, но сдвинутые по фазе иа 90° дл  получени  на экране круговой развертки. Короткие импульсы с выхода видеоусилител  подвод тс  к управл ющему электроду трубки. На врем  действи  импульсов трубка запираетс  и на круговой развертке образуетс  небольщой. разрыв, по положению которого определ етс  рассто ние. Здесь также можно использовать электронно-лучевую трубку с центральным электродом.

Дл  исключени  погрещностн измерени , котора  может возникнуть вследствие неточной цептрнровки шкалы, необходимо производить двухкратное измерение разностн фаз при нормальном ноложенщ отсчет-, ной отметки па экране трубки и при обратном. Так как знак ногрешности из-за эксцентриситета мен етс  при изменении фазы отсчетной отметки на обратную, то полусумма обоих показаний дает результат без погрешности измерени . Изменение положени  отсчетной отметки на обратную ироизводитс  на стагщни Б нзмепеннем фазы колебани  частоты А/ на обратную с номощью переключател  /7 БЗ . Таким образом, точный результат измерени  рассто ни  достигаетс  в результате четырехкратного отсчета показаний на экране трубки индикатора. Такое точное определение фазы требуетс  только дл  основной частоты, дл  остальных частот  вл етс  достаточным однократное измерение.

Предлагаемое устройство дл  измерени  рассто ни  осеспечнвает двухстороннюю телефонную св зь между станци ми А и Б. Дл  этой, цели используютс  дополнительные телефонные уснлители с телефонными трубками на выходе и микрофонные усилители с микрофонами на входе. Переход с измерени  на телефонную св зь осунлествл етс  с помощью переключателей Я АО, Я тех случа х, когда доиустнмо некоторое снижение точноети измерени , станцию Б можно постронть по упрощенной, схеме (фпг. 5). Например, если доп ст1гть некоторую неточность в установке модулирующей чаетоты станции Б F -г Af и F - - AF, то вместо балаисного модул тора можно использовать кварцевый генератор 44, который приближенно будет обеспечивать требуемую cjMму , и разность частот F и A.F. хМожет также отпасть необходимость -j изменении фазы отечетной отметкн на обратную. Еслн требуема  точность позвол ет, кроме того, использовать более мелкий масштаб шкалы и снизить частоту модул ции F, то можно в станцни Б исключить четвертый и п тый смеситель и, кроме того, дл  определени  полного числа оборотов фазы обойти1сь трем  частотами модул ции. На фиг. 5 переключение кварцев производитс  с помощью переключател  /7 БХ: кварцы , ЯБЗ обеспечивают частоту модул ции F + AF и F - AF, а кварцы - БЗ и /С Б4 - обе дополнительные частоты модул ции, увеличенные на A.F, необходимые при определении полного числа оборотов фазы. При переходе с одной частоты на другую одновременно необходимо измен ть настройку кварцевого усилител .

- 5-Лл 121486

Предмет изобретени 

1.Способ измерени  рассто ний с использованием пр мого и отраженного радиосигналов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , сигналы главной и отражающей станции модулируют по амплитуде синусоидальными колебани ми, отличающимис  по частоте на величину низкой частоты, и спектром, образованным модулирующими импульсами, мгновенна  фаза которых равна разности мгновенных фаз модулирующих синусоидальных напр жений сигналов , излучаемых и принимаемых вибраторами отражающей станции, а отсчет рассто ни  производ т на главной станции по двум измерени м разности фаз между полученным после детектировани  сигналом низкой частоты и импульсами, одно из которых получают при частоте, равной сумме частот модул ции и низкой частоты, а другое - при их разности.

2.Способ по л. 1, отличающийс  тем, что дл  преобразовани  частот в главной и отражающей станци х используют амплитудно-модулированные сигналы, наводимые с передающего вибратора на приемный , а образованна  при этом низка  модулирующа  частота настолько меньше ширины полосы пропускани  УПЧ, что сигнал с этой низкой, модулирующей частотой проходит последующие преобразовани  с ничтожно малыми фазовыми искажени ми.

3.Устройство дл  осуществлени  способа но пп. 1 и 2, имеющее главную и отражающую станции, содержащие генераторы, смесители, усилители, детекторы и фильтры, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  точности измерени , в отражающей станции после детектора включен импульсный каскад, обеспечивающий заданную фазу модулирующих импульсов, а также балансный модул тор, к выходу которого через переключатель подключены два узкополосных фильтра, настроенные на сигналы с частотами, равными, соответственно, сумме и разности частот модул ции и низкой частоты.