Пространственные и поверхностные

Распространение длинных и средних радиоволн имеет специфические особенности. Наиболее существенная особенность – отражение от верхних, сильно ионизированных слоев атмосферы, находящихся на высотах более 60 км. Это приводит к тому, что в точку приема может попасть не только прямая волна, распространяющаяся вдоль поверхности Земли (поверхностная волна), но и волна, отраженная от ионосферы, - так называемая пространственная волна. В зоне встречи поверхностной и пространственной волн происходит их интерференция, из-за чего поверхностная волна, передающая полезный сигнал, получает искажения амплитуды и фазы, и если приемная аппаратура находится в такой зоне, то измерения могут быть весьма затруднены, а часто и невозможны.

30. На чем базируется физическая основа измерения расстояний с использованием электромагнитных волн?

Возможность измерения расстояний при помощи электромагнитных волн основана на зависимости пути, проходимого волной, от времени его прохождения. В предположении, что электромагнитная волна распространяется строго прямолинейно с постоянной скоростью , эта зависимость представляет собой уравнение прямолинейного равномерного движения ,

и, следовательно, за некоторый конечный интервал времени волна пройдет конечное расстояние , для определения которого необходимо измерить интервал времени и знать скорость распространения .

Пусть расстояние соответствует некоторому отрезку между точками и . Чтобы измерить время , надо зафиксировать момент выхода волны из точки и момент прихода волны в точку . Технически это легче всего сделать в том случае, если оба момента будут фиксироваться одной и той же аппаратурой. Поскольку невозможно иметь одно и то же устройство одновременно в точках и , поступают следующим образом. В точке волну заставляют отражаться обратно в точку , в которой располагают измерительную аппаратуру, и производят фиксацию моментов выхода и возвращения волны в точке . Таким образом, реально определяемый интервал времени есть , т.е. соответствует двойному расстоянию , и поэтому искомое расстояние определяется соотношением

31. В чем состоит физическая сущность всех методов измерения расстояний с использованием электромагнитных волн?

Физическая сущность всех методов измерения расстояний заключается в сравнении одного и того же параметра(как правило времени), связанного с электромагнитным излучением, до и после прохождения излучением измеряемой дистанции.

Обычно аппаратура на одном конце измеряемой линии содержит передатчик и приемник, а на другом конце – отражатель. Один и тот же сигнал от передатчика направляется на приемник одновременно по двум различным путям: непосредственно (без выхода на дистанцию) и через измеряемую дистанцию (путь от отражателя и обратно)

32. По каким параметрам осуществляется деление способа измерения длин линий с использованием электромагнитных волн на методы? Перечислите основные методы измерения расстояний с использованием электромагнитных волн.

Выбор параметра, по которому производится сравнение опорного и информационного сигналов, определяет метод измерения расстояния.

Выбор параметра, по которому производится сравнение опорного и информационного сигналов, определяет метод измерения расстояния. Существуют следующие основные методы измерения расстояний:

- временной или импульсный;

- частотный;

- фазовый.

Фазовый метод может быть реализован в двух вариантах:

- на несущей частоте, т.е. без модуляции;

- на частоте модуляции.

Фазовый метод на несущей частоте часто называют интерференционным методом. Особенно применимо это название к оптическому диапазону.

В некоторых случаях используют сочетание импульсного и фазового методов, и такой комбинированный метод называют импульсно-фазовым.

33. Раскройте сущность импульсного или временного способа измерения расстояний.

При измерении расстояний импульсным методом измеряется непосредственно время распространения коротких, регулярно следующих со сравнительно долгими паузами импульсов. Эти импульсы излучаются установленным в начале линии приемо-передатчиком, проходят расстояние до отражателя на конце линии и возвращаются к ее началу.

34. Запишите основное уравнение импульсного или временного способа измерения расстояний. Что такое скважность импульсов? Какое требование предъявляется к периоду следования импульсов при импульсном методе измерения расстояний?

Эта формула называется основным уравнением импульсного метода измерения расстояний.

При импульсном излучении передатчик работает лишь в течение коротких промежутков времени, равных длительности импульса

При импульсном излучении передатчик работает лишь в течение коротких промежутков времени, равных длительности импульса.

Отношение периода повторения импульсов к длительности импульсов называется скважностью. Используемые для измерения дальности импульсы должны иметь исключительно малую длительность и очень большую скважность (более 1000).

Чтобы полученная величина измеряемого расстояния была однозначной, период следования импульсов должен быть больше времени пробега импульсом измеряемой линии туда и обратно. В этом случае отраженный сигнал достигает приемника раньше, чем излучается следующий импульс. Чем короче расстояние, тем выше допустимая частота следования импульсов .

35. Перечислите достоинства и недостатки импульсного метода измерения расстояний?

Достоинства импульсного метода.

1. Время пробега является непосредственным результатом измерений, длина линии пропорциональна времени пробега.

2. Осуществляется прямое измерение полной дальности, нет необходимости знать приближенное значение измеряемого расстояния.

3. Измерение производится быстро, а результат выдается в удобной форме.

4. Можно измерять расстояния до объектов, не снабженных специальными отражателями, при умеренной потребляемой мощности аппаратуры, а также расстояния до искусственных спутников Земли и до Луны.

Недостатки импульсного метода..

1. Значительно меньшая точность по сравнению с фазовым методом. Этот недостаток обусловливается малой крутизной начала и конца (среза) фронта импульса, вследствие чего возникает неопределенность в определении действительного начала и конца импульса

36. Запишите основное уравнение импульсного или временного способа измерения расстояний.

Эта формула называется основным уравнением импульсного метода измерения расстояний.

37. Запишите формулу для вычисления точности измерения времени прохождения информационного сигнала.

Требуемая точность измерения времени определяется формулой . Для получения сантиметровой точности определения расстояний необходимо измерять время распространения импульса с погрешностью в десятые доли наносекунды, а для обеспечения миллиметровой точности – с погрешностью в сотые доли наносекунды. Точность регистрации импульсов зависит от возможностей фиксации опорных точек импульса (которые являются точками начала отсчета при измерении времени пробега) и, прежде всего, от крутизны фронтов импульса.

38. Раскройте сущность общего принципа фазовой дальнометрии.

Фазовый метод основан на том, что фаза гармонического колебания есть линейная функция времени, и, следовательно, изменение фазы за некоторый промежуток времени будет линейной функцией расстояния, пройденного за это время гармоническим колебанием.

39. Какая закономерность лежит в основе фазового метода измерения расстояний?

сдвиг фаз в общем случае всегда можно представить в виде

, (5.9)

где - целое число, а - величина, меньшая .

40. В каких вариантах может быть реализован фазовый метод измерения расстояний?