Способ определения скорости радиоволн, распространяющихся земным лучом Советский патент 1991 года по МПК G01S13/95 

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в геодезии и навигации, а также при определении координат подвижных обьктов радиогеодезическими и радионавигационными системами.

Цель изобретения - повышение точности определения скорости и расширение функциональных возможностей путем определения средних значений диэлектрической проницаемости и проводимости подстилающей поверхности на трассе.

На фиг.1 приведены графики зависимости электропроводности о морской воды от ее температуры т и солености S; на фиг.2 представлены графики зависимости дополнительной фазы от расстояния г между

излучателем и приемником при распространении радиоволн над сферической поверхностью Земли; на фиг.З показаны графики зависимости скорости распространения радиоволн разной длины при а 4, 0,7 и 0,01 см/м; на фиг.4 показана схема линии связи РГС Поиск ; на фиг.5 изображена функци- оанльная электрическая схема устройства для реализации предложенного способа определения скорости радиоволн, распространяющихся земным лучом.

Устройство, реализующее способ, состоит из базисных станций 1 и 2, ретрансля- ционной станции 3, подвижной определяемой станции 4, состоящей из приемников 5 и 6, полосовых фильтров 7, 8, 9, 10, измерителей 11, 12, временных задеро

О СО СЛ Ч

жек, измерителей 13,14 амплитуд, вычислителя 15.

Устройство работает следующим образом.

На берегу в опорных пунктах - пунктах с известными координатами - устанавливают базисные 1, 2 и ретрансляционную 3 станции системы. Пара станций 1-2 образует измерительный канал системы. Станция 3 является вспомогательной и используется для передачи на определенную станцию опорного сигнала, необходимого для организации гетеродинного фазового способа измерения разности расстояний (г, - г2) как гиперболической координаты станции 4.

Передатчик станции 1 непрерывно излучает колебания частот fi и f, а передатчик станции 2 - колебания частот f 1+ Af и fa + Af. Значения частот выбираются такими, чтобы удовлетворялось условие (8), приведенное ниже.

Колебания с частотами fi и f 1+ Af принимаются приемниками 5, а колебания с частотами fa и fa + Af принимаются приемником 6 подвижной станции 4 (см.фиг.5). На выхо- де приемника 5 при помощи полосовых фильтров 7 и 8 выделяются колебания частот fi и f + Af соответственно. На выходе приемника 6 при помощи полосовых фильтров 9 и 10 выделяются колебания частот fa и f2 + Af соответственно. С выходов полосовых фильтров 7 и 9 колебания частот fi и fa подаются на входы измерителя временных задержек 11 и измерителя 13 амплитуд. Измерителем временных задержек 11 выпол- няется измерение разности Атвременных задержек д и га сигналов частот fi и fa на дистанции п. В измерителе 13 амплитуд выполняется измерение амплитуд сигналов с частотами fi и fa.

Информация с выходов измерителя временных задержек 11 и измерителя 13 амплитуд подается в ЭВМ. Аналогичная информация поступает в ЭВМ после обработки сигналов с частотами ft + Af и fa + Af в идентичных описанных измерителях 12 и 14. В ЭВМ реализован алгоритм вычисления модуля и фазы множителя ослабления по приведенным ниже формулам (1), (2) и (3) теории дифракции В.А. Фока На основе приближения значений расстояний п и га в алгоритме реализована также процедура подбора гаких значений о. при которых совпадают измеренные и вычисленные по формулам теории дифракции В.А.Фока значения Дги отношения амплитуд Ai/Aa jFij/jF2l Полученные таким образом точные значения а позволяют определить рд.оп и точное значение скорости по формуле (4)

для каждой из частот так, как это изложено ниже.

Сущность способа заключается в следующем.

При распространении радиоволн вдоль земной поверхности структура формируемого ими электромагнитного поля может быть описана формулой

E EoF(x,yi.y,q),(1)

где Ео - напряженность поля в данной точке свободного пространства;

F(x, yi, у. q}- функция ослабления электромагнитного поля, формируемого радиоволнами, распространяющимися по наземным трассам (земными лучами):

F(M.,

S-t S-f,n

га.Н5-ц,1 g,(ts--jl

«, (Ц) O.Hel

В формуле (2) обозначены

г А - длина радиоволны;

а - средний радиус Земли, равный 6371 км; 6 г/а - геоцентрический угол с вершиной в центре Земного шара радиуса а, стягиваемый дугой г на поверхности Земного шара;

hi- .

yi тгг , т - высота излучателя радиоволн над поверхностью Земли:

у гт; h - высота приемника над поверхностью Земли;

(

-«le+ieoc™ г-диэлектрическая проницаемость подстилающей поверхности;

У1 - функция Эйри;

ts - корень характеристического уравнеНИЯti ;WsHc3,(tsb°,

ш - первая производная от функции Эйри.

Известно, что функция ослабления F есть величина комплексная, так как влияние подстилающей поверхности на структуру поля, создаваемого радиоволнами, распространяющимися земными лучами, проявляется как в уменьшении его амплитуды, так и в измерении фазы;

.(3)

Значения |F| и $цоп при заданных геометрических условиях формирования линий связи, т.е. при фиксированных h, гц и г, являются функциями величин А, е и о.

Анализ графиков на фиг.1, 2 и 3 показывает, что при распространении радио-волн над поверхностью реальной морской среды с неоднородными температурой и соленостью, обусловливающими изменение о в пределах от 0,7 до 5,2 см/м, изменения Удоп и v могут достигать значений более 50 и 60 км/с соответственно. Над сферической поверхностью Земли с эффективными значениями Ј и а дополнительная фаза монотонно возрастает по закону $доп а Г;что по существу эквивалентно уменьшению реальной скорости VCB распространения наземных радиоволн в сравнении со скоростью v радиоволн в свободном пространстве. При известных значениях VCB и Доп реальная скорость v может быть определена из выражения

Чдоо И, .

v vc5-vCB- r---(4)

Точность определения v no формуле (4) зависит от точности определения значения доп и может быть оценена соотношением

- 1. УЕЛ

/ Г 2-ц

- Ё диапазоне средних волн для точного определения значения v с использованием формулы (А) необходима информация о точных эффективных значениях параметров Е и а. При этом влияние параметра а на скорость распространения v наземных радиоволн является преобладающим, а их взаимосвязь может быть получена на основании формулы (7):

mv i С ifj

iff

3G

сГ-(6)

Из выражения (6) следует, что при А 150 м и г 100 км для определения скорости v с относительной средней квадратической погрешностью my /v значение о должно быть получено с ошибкой не более 4%. Указанную точность определения можно получить, если согласно предлагаемому способу измерить разность временных задержек ri и Г2 двух радиоволн с длинами- AI и А2 на одной дистанции г:

,-

ам

ЫЧмЛ.- Мч лвЛ.- (7)

Используя зависимость (7) и отношение измеренных амплитуд сигналов, эффективное значение о можно получить с помощью

таблиц М.Г.Белкиной, При этом погрешность определения скорости v по формуле (4) будет зависеть от разноса рабочих частот ДА по формуле

м

,, ъ&

(8)

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где Ач - длина волны первой частоты; тдг- погрешность измерения временной задержки; г- временная задержка распространения.

Формула изобретения Способ определения скорости радиоволн, распространяющихся земным лучом, заключающийся в том, что излучают радиоволны первой длины волны на первом конце трассы, принимают радиоволны первой длины волны на втором конце трассы, переизлучают радиоволны первой длины волны на втором конце трассы, принимают переизлученные радиоволны первой длины волны на первом конце трассы, измеряют временную задержку распространения радиоволн первой длины волны при распро- старнении от первого ко второму концу трассы и обратно, определяют скорость распространения радиоволн, распространпю- а1ихся земным лучом по величине временной задержки распространения радиоволн первой длины волны при распространении от первого ко второму концу трассы и обратно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения скорости и расширения функциональных возможностей путем определения средних значений диэлектрической проницаемости и проводимости подстилающей поверхности на трассе, одновременно с излучением радиоволн первой длины волны дополнительно излучают радиоволны второй длины волны на первом конце трассы, синфазные с радиоволнами первой длины аолны, принимают радиоволны второй длины волны на втором конце трассы, переизлучают радиоволны второй длины волны на втором конце трассы, принимают переизлученные радиоволны второй длины волны на первом конце трассы, измеряют отношение амплитуды и разность фаз радиоволн первой и второй длин волн, принятых на первом конце грассы, а определение скорости радиоволн, распространяющихся земным лучом, осуществляют по измеренным параметрами табличным путем.

8 12 1В го 28 М Фиг.1

S%o

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в геодезии и навигации. Цель изобретения - повышение точности определения скорости и расширение функциональных возможностей путем определения средних значений диэлектрической проницаемости и проводимости подстилающей поверхности на трассе. В данном способе определения скорости радиоволн, распространяющихся земным лучом, поставленная цель достигается тем, что излучаются радиоволны двух заданных частот после прохождения ими расстояния известной длины в прямом и обратном направлениях и поступления их в приемное устройство. Затем измеряют их амплитуды и разность фаз по измеренной разности фаз и по отношению амплитуд радиоволн разных частот находят средние значения электрофизических параметров подстилающей поверхности вдоль трассы распространения радиоволн, а искомую скорость распространения каждой из радиоволн на трассе определяют по формулам расчетным путем. 5 ил.

Ј

200 400 600 г,км Фиг. t

299650

299600

300 150 Л,м Фиг. J

Редактор Г. Мозжечкова

Составитель А. Кочин Техред М.Моргентал

Фиг. 5

Корректор О. Кундрик