Вычисление длин линий измеренных светодальномером

Анализируя формулу (22) можно сделать вывод, что для вычисле­ния расстояния измеренного светодальномером достаточно измерить фазовый угол между опорным и информационным сигналами . Остальные величины известны, или задаются в качестве исходных. Однако фазовый угол , в зависимости от длины линии может иметь значения, значительно превышающие . Любое же фазоизмерительное устройство способно измерить фазовый угол в преде­лах 2 или 360°.С учётом этого :

(23)

где – фазовый угол, непосредственно измеренный фазометром; N – целое число, соответствующее количеству полных перио­дов изменения фазы за время прохождения сигналом измеряемого расстояния в прямом и обратном направлениях.

Подставляя приведённое выражение для в формулу (22) получим

(24)

где = – измеренный фазометром угол, выраженный в до­лях полного периода, т. е. величина всегда меньше единицы.

Остановимся на физическом смысле отдельных составляющих входящих в формулу (24)

Величина , соответствующая половинному значению длины волны используемых колебаний, представляет собой своеобразный «метр», которым измеряют расстояние. Целое число N соответствует тому, сколько таких «метров» укладывается в измеряемом рассто­янии. Величина характеризует в относительных единицах дробную часть «метра», которая дополняет целое число «метров» до величины измеряемого расстояния.

Возвращаясь к формуле (24) .заметим, что за исключением N все величины, входящие в правую часть этой формулы, или известны или определяются в процессе измерений. Для определения достаточ­но знать скорость распространения волн и их частоту . Величину определяют по значению измеренного угла . Что же касается целого числа N, тo оно остаётся неизвестным при использовании колебаний только одной частоты. В результате формула (24) не будет давать однозначного решения, т.е. возникает неоднозначность определения расстояния D.

Для разрешения неоднозначности, измерения фазовым дальномером выполняют на нескольких частотах.

Несущие и масштабные частоты

Современные фазоизмерительные устройства позволяют измерять раз­ность фаз двух гармонических колебаний с погрешностью от 0,1 до 1 градуса. Если поставить условие, что точность измерения расстояний должна быть в пределах от 0,3 до 3 см. то используя равенство(22) можно подсчитать, что частота колебаний должна выбираться в пределах от 1,5МГц до 100МГцт (длина волны от 200 до 3м). Если же приме­нять более высокие частоты то возникают трудности, связанные с раз­решением однозначности измеренного расстояния при более низких частотах точность измерений не удовлетворят требуемой.

Таким образом диапазон волн в пределах 1,5 до 100 МГц оказы­вается наиболее подходящим для производства измерений. Однако из анализа условий распространения колебаний этого диапазона сле­дует, что они мало пригодны для точного измерения расстояний по сле­дующим причинам:

1. Данные волны способны огибать встречающиеся на их пути препят­ствия, в результате чего траектория распространения волн искривляет­ся и становится недостаточно определённой.

2. Антенны для излучения и приёма колебаний как правило громозки их установка над центрами знаков затруднена.

3. Электрические свойства подстилающей поверхности, т.е. земли, воды, снега и т.п., существенно влияют на скорость распространения электромагнитных колебаний данного диапазона.

Перечисленные причины могут быть устранены если использовать колебания СВЧ, но из-за трудности разрешения неоднозначности при­менение этих колебаний для измерения расстояний технически не ра­ционально.

Для преодоления указанных противоречий в современных фазовых дальномерах применяют модулированные или управляемые колебания.

При этом для переноса информации используют СВЧ колебания с частотами свыше тысячи мегагерц ,в частности , ультракороткие волны сантиметрового и миллиметрового диапазонов (частоты от 3000 до 36000 МГц) и волны оптического диапазона (частоты порядка 10¹⁴Гц). Эти колебания подвергаются модуляции, т. е. управлению другими более низкочастотными колебаниями, по фазовым сдвигам которых определяют величину измеряемого расстояния. Исходя из этого, последние колебания называются модулирующими. Их частота выбирается в пределах указанного выше диапазона (от 1,5 до 100МГц), так как частота этих колебаний определяет длину волны, с помощью которой измеряется расстояние, то она получила название масштабной частоты, а соответствующие ей модулирующие колебания масштабными колебаниями.

Колебания СВЧ используются для переноса колебаний масштабной частоты и носят название несущих. Дальномеры, в которых в качестве несущих используются колебания УКВ диапазона называются радиодальномерами, а дальномеры в которых в качестве несущих используются волны оптического диапазона называются светодальномерами.