книги из ГПНТБ / Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник]

отражениях от объектов на обоих частотах почти оди­ наковые и их разность примерно равна нулю.

Оба. разностных напряжения поступают на фазовый детектор, выходное напряжение которого пропорциональ­

Следует отметить, что при понижении частоты, в фазе которой заложена информация, точность измерения по­ нижается (при сохранении той же погрешности фазомет­ ра). Поэтому в фазовых системах обычно применяются многошкальные методы измерений. Применительно к си­ стемам измерения дальности на частоте биений этот ме­ тод сводится к использованию нескольких вспомогатель­ ных частот (соь со2, со3 и т. д.), позволяющих получить ряд разностных частот (сорь шр 2 , соРз и т. д.), на которых и производятся последовательно все более точные изме­ рения. Чем меньше разностная частота, тем больше диа­ пазон измерения дальности, тем меньше точность изме­

фаз может быть доведена до 0,1 рад сравнительно про­ стымисредствами, то тогда ошибка в измерении рас­ стояния

Импульсные же системы измерения расстояний обеспе­ чивают точность

адпмп=-^ннтх, ^ (4i)

30

где бтимп —ошибка в отсчете времени по импульсу дли­ тельностью Тцмш

т —число периодов в импульсе.

Очевидно, что при одной и той же длине волны точ­ ность измерения расстояний фазовым методом на поря­ док выше точности измерения расстояний импульсным методом. Это достоинство фазового метода является, по­ жалуй, основной причиной широкого использования фа­ зовых систем для измерения траекторий различных ле­ тательных аппаратов, а также для определения при ре­ шении навигационных задач координат самолетов и кораблей.

Одним из основных недостатков фазового метода, со­ здающего трудности при практической его реализации, является многозначность отсчетов. В принципе одновре­ менное разрешение нескольких объектов по дальности возможно по допплеровскому смещению частот сигналов с последующим измерением дальности и другими спосо­ бами.

Для достижения больших дальностей действия одно­

зоваться разностно-дальномерные или гиперболические

точках с известными координатами. Сигналы станции 1 частотой fi принимаются станцией 2, трансформируются в частоту f2 и излучаются. Сигналы станций / и 2 при­ нимаются приемно-измерительным устройством, находя­ щимся в точке, координаты которой определяются. Эти

сс

где т — множитель коэффициента трансформации ча­ стоты.

31

ности требуются две гиперболы, т. е. минимум три стан­ ции: одна ведущая и две ведомые.

Измерение угловых координат. Фазовый метод изме­ рения угловых координат основан на принципе опреде­ ления разности фаз колебаний, принимаемых двумя раз­ несенными антеннами (рис. 11). Возможен прием и на одну антенну, но тогда излучение должно осуществлять­ ся двумя разнесенными в пространстве антеннами.

На рис. 11 в точках / и 2 расположены две прием-

32

ные антенны, расстояние между которыми равно d. Пе­ ленгуемый объект удален от антенн на расстояние Д > с ? . Тогда линии, соединяющие объект с антеннами,

Рис. 11. Принцип измерения угловых координат фазовым методом

можно считать параллельными и записать разность рас­ стояний так:

где а — угол между направлением на объект и нормалью к базе.

Зная базу d и измеряя разность расстояний АД, мож­ но определить направление на объект. В фазовом методе

Чтобы исключить влияние неизвестной составляющей амплитуды, применяют АРУ или ограничение сигнала.

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