Электронные дальномеры (стр. 2 )

Определение целого числа периодов N называют разрешением неоднозначности. Решение этой задачи будет рассмотрено позже.

3. ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫЙ МЕТОД

Импульсно-фазовый гетеродинный метод является дальнейшим развитием фазовых измерений. В отличии от рассматриваемого ранее фазового метода с непрерывным режимом излучения в нем реализован импульсный режим работы источника излучения, что позволяет экономить энергию и повышать дальность действия прибора.

Частота следования оптических импульсов задается внешним генератором и является масштабной частотой. Период следования импульсов Тм связан с масштабной частотой соотношением

(5)

После прохождения расстояния 2D эти импульсы отстают во времени относительно опорных на величину

Величина во много раз превышает Тм, поэтому как и при фазовых измерения возникает неоднозначность определения , т. е.

(6)

Здесь – число полных периодов повторения Тм, содержащихся в величине , которое определяется дополнительно;

– запаздывание относительно ближайшего опорного импульса.

Для измерения величины с необходимой точностью предусмотрено гетеродирование, т. е. понижение частоты следования импульсов. Частота повторения F импульсных сигналов на выходах схем совпадения в 10000 раз менее . Электронным цифровым фазометром прибора измеряют запаздывание опорного сигнала , которе связано с соотношением

(7)

Подставляя в формулу (1) выражения (6) и (7) получим формулу измерения расстояния D импульсно-фазовым методом

(8)

Формулу (8) можно записать короче

(9)

где – часть периода.

Импульсно-фазовый гетеродинный метод реализован в светодальномерах СТ-5, СП2 и др.

4. СПОСОБЫ РЕШЕНИЯ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ

Для разрешения неоднозначности применяют два способа. Первый основан на плавном изменении частоты, а второй – на применении нескольких фиксированных частот.

Первый способ заключается в следующем. При измерении линии с помощью специального устройства изменяют частоту колебаний , а следовательно и длину волны , до тех пор пока дробная часть будет равна нулю. Тогда в расстоянии 2D уложится целое число волн.

Пусть при частоте длина волны уложилась в двойном расстоянии раз. Тогда

(10)

Для однозначного определения расстояния необходимо уменьшить длину волны (увеличить частоту) с таким расчетом, чтобы в расстоянии 2D уложилось на n волн больше. Тогда получим второе уравнение

(11)

Здесь – длина волны, соответствующая новой частоте . Решая совместно (10) и (11) получим:

(12)

Величину можно вычислить и по измеренным частотам по формуле

(13)

Число разностей уложения волн n при плавном изменении частоты от до в первых моделях светодальномеров определялось визуально путем подсчета числа минимумов света при наблюдении в окуляр приемной трубы, в современных приборах – регистрируется автоматически. Частота измеряется волномером.

Число N вследствие погрешностей определения частот несколько отличается от целого. Его округляют до целого, после чего находят расстояние по формуле (10).

Изложенный принцип применялся в светодальномерах СВВ-1, СТ-64, СТ-3 и др.

Второй способ размещения неоднозначности основан на применении нескольких фиксированных частот модуляции. В настоящее время его применяют в большинстве светодальномеров и во всех радиодальномерах.

Применяют два варианта построения сетки фиксированных частот:

1)набирают ряд частот , где каждая последующая уменьшается в целое число раз;

2)набирают близкие частоты с расчетом, чтобы последовательно уменьшались в целое число раз разности первой и остальных частот

Первый вариант называют методом кратных частот, второй – методом комбинационных частот.

Рассмотрим сущность способа на примере светодальномера ЕОК-2000, в котором используются три фиксированные частоты: , и (метод комбинированных частот). Первой частоте соответствует длина волны =10 м. Если измерять линию на этой частоте, то в соответствии с формулой (4) можно записать

Величина измеряется фазометром, поэтому значение последнего члена будет известно. Практически оно сразу отсчитывается в метрах. Пусть, например, этот остаток составил 7,53 м. Тогда для двойного расстояния можно написать

м

Но число целых волн остается пока неизвестным.

Измерим линию на разностной частоте При этом длина волны составит 100 м, а формула для двойного расстояния примет вид

Последний член, достигающий 100 м, тоже можно измерить прибором. Например, получим отсчет 67,5 м. Тогда.

м.

Здесь остается неизвестным число целых стометровых волн .

Измерим линию на разностной частоте Мгц, которой соответствует длина волны м. Запишем

.

Пусть последний член составил 867 м. Тогда

м.

Учитывая результаты измерений на прежних частотах, можно написать

м

Откуда

м.

Таким образом, этот дальномер позволяет однозначно определить длину линии, если она не превышает 500 м. При большей длине нужно несколько раз прибавить по 500 м. Для установления числа надо знать примерную длину линии.