Способ определения расстояния между двумя пунктами при помощи измерения фаз электромагнитных волн Советский патент 1934 года по МПК G01S13/34 

Задача определения расстояния между двумя пунктами при помощи электромагнитных волн представляет большой научный и практический интерес, и простое ее разрешение должно иметь ряд применений.

В литературе и патентах как иностранных, так и советских описывается ряд способов измерения расстояний при помощи электромагнитных волн и указывается на возможность применения этих способов для измерения скорости распространения электромагнитных волн, определения высоты отражающего слоя и т. д.

В основе этих изобретений лежит либо метод „отражения сигнала, либо метод сравнения интенсивности приема направленного и ненаправленного излучения и т. д.

Обычно при применении метода „отражения определяют промежутки времени между отправлением сигнала и его возвращением, причем схема применяемого устройства такова, что сигнал, вышедший.из одного пункта, управляет передатчиком во втором пункте и этот передатчик передает сигнал обратно во второй пункт, где он снова принимается, и определяется промежуток времени между посылкой и возвращением, откуда

/IQPl

легко определяется расстояние между эти.ми пунктами.

В другом методе, несколько отличном; от вышеуказанного метода „отражения схема устройства такова, что в обоих пунктах имеются генераторы различной частоты и колебания передатчика в каждом из пунктов используются для трансформации колебаний другого пункта,. причем в обоих пунктах получаются:; тождественные частоты. Расстояние же определяется по разности фаз трансформированных колебаний, причем используется зависимость ее от искомого расстояния.

Первые два способа страдают тем недостатком, что посылка и прием сигналов (точек) сопровождаются всегда неустановившимся режимом (нарастаниеи спадание колебаний). Поэтому, как: время посылки (начало сигнала), так и время возвращения (начало нарастания принятых от второго передатчика колебаний) точно определить невозможно,, что естественно приводит к значительным погрешностям наблюдений. Эти методы пригодны к измерению, главным образом, больших расстояний.

Настоящее изобретение имеет своей; целью получение способа, свободного от указанных выше недостатков.

Согласно изобретению, предлагается ч олебаниями частоты coj, непрерывно передаваемыми из одного пункта и принятыми в другом пункте, модулировать находящийся там передатчик, непрерыв,но генерирующий частоту со,, а эти модулированные колебания, принятые в переом пункте, демодулировать и измерять либо разность фаз между колебаниями, передаваемыми из первого пункта и получающимися там после демодуляции, либо вариацию частоты, необходимую для измерения разности фаз на определенный угол.

На фиг. 1 и 2 чертежа изображены электрические схемы, с помощью которых осуществляется определение расстояния между двумя пунктами при помощи измерения фаз электромагнитных волн.

В пункте А (фиг. 1) находится передатчик / частоты toi, а в пункте В приемное устройство 2, принимающее колебания, приходящие из пункта А, и передатчик 3, частота соз которого выще частоты coi в несколько раз, причем передатчики 7 и J непрерывно генерируют и их колебания излучаются.

Если из пункта А передают колебания 1 cos coi i, то в пункте В мы получим на выходе высокочастотной части приемного-устройства колебания той же частоты, но отличные по фазе от колебаний в пункте А, а именно: а cos( + o), где J определяется расстоянием между пунктами А и В. Пусть передатчик 3 в пункте В излучает колебания GZ cos toat. Если промодулировать колебаниями частоты 0, полученными в этом пункте на выходе высокочастотной части приемного устройства 2, передатчик 3 частоты соз,

то из пункта Б будут излучаться колебания

2 cos 0)2 г 1 + cos (о)1 (),

а, приняв их в пункте А, получим на выходе высокочастотной части приемного устройства 4, настроенного на чаСТОТу С02.

COS ( i) 1 + /г cos (coi t 2ср).

После демодуляции будем иметь в пункте Л колебания

С cos(o i -|-2tt).

Определяя эту разность фаз 2 между отправляемыми и принимаемыми колебаниями любым способом и зная, что

о о 2,v .2-fC

где X - искомое

находим: х 2oji

расстояние, Xj-длина волны передатчика в пункте А, а С-скорость распространения Электромагнитных волн.

В некоторых случаях удобнее измерять то изменение частоты передатчика в пункте А, которое требуется произвести, чтобы изменить разность фаз на некоторый заданный угол.

В этом случае:

л- С2До)

Здесь До)-изменение частоты передатчика, необходимое для получения измгнений разности фаз в пункте А между колебаниями, передаваемыми из пункта А и принимаемыми из пункта В, на угол ф.

Практически весьма удобной может быть схема, представленная на фиг. 2.

Изображенный на чертеже передатчик 7 в пункте А, желательно стабилизованный, получает частоту coi. Приемник JO в пункте В принимает колебания передатчика 7. После соответствующего усиления эти колебания модулируют передатчик /7 в пункте В, генерирующий все время частоту wo. Модулированные колебания принимаются в пункте Л приемником 4, на выходе которого после демодуляции получается частота (1)1. На пункте А, кроме передатчика 7 и приемника 4, имеется еще устройство .5, служащее измерителем или индикатором разности фаз между колебаниями, уходящими кз пункта А и полученными там после демодуляции. На фиг. 2, в качестве такого устройства, изображена трубка Брауна, на одну пару управляющих электродов которой подано напряжение от передатчика 7, а

на другую - напряжение, получаемое после демодуляции.

Измерения производятся следующим образом. При установившемся состоянии, т. е. когда оба передатчика /и 7/ генерируют и оба приемника W 4 принимают, на экране трубки Брауна появляется фигура Лиссажу определенного для данного расстояния и частоты вида. Для удобства измерений ее приводят к какой-нибудь заранее выбранной фигуре, например, прямой линии, кругу и т. д., при помощи специального фазовращателя, не показанного на чертеже. Затем в пункте А передатчик 7 модулируют и излучают только боковую частоту 0)1 ± Дад, где До частота модуляции. Модулируют, по возможности, точно отградуированным низкочастотным генератором 3. Шкала отсчета частоты низкочастотного генератора градуируется непосредственно в метрах. Градуировка эта не зависит от частот DI и (02 (измерение требует постоянства частоты со во время измерения) и определяется только тем изменением фазы, которым задаются. Для определения расстояния достаточно повернуть, например, ручку конденсатора контура низкочастотного генератора так, чтобы, получить по индикатору заданное изменение фазы. Тогда по шкале этого конденсатора можно непосредственно отсчитать расстояние в метрах.

Очевидно, что этот способ не является единственным. Например, частоту передатчика в пункте А можно изменять путем изменения параметров контура его и т. д. Для измерения разности, фаз

иожно использовать любой известный измеритель фаз.

Само собой разумеется, что можно измерять расстояние, пользуясь для передачи колебаний кабелем. Требуется при этом соответствующий выбор частот.

Те поправки, которые при практических измерениях следует внести в измерения, чтобы учесть прохождение колебаний через передающие и приемные устройства, можно легко определить, например, проградуировав соответствующим образом эти устройства.

Предмет изобретения.

1.Способ определения расстояния между двумя пунктами при помощи измерения фаз электромагнитных волн, отличающийся тем, что передаваемые из пункта А (или В) колебания принимают в пункте В (или А), модулируют находящийся там передатчик, колебания которого принимают в пункте А (или В), демодулируют и затем измеряют либо разность фаз между колебаниями, передаваемыми из пункта А (или В} и получающимися там после демодуляции, либо изменения частоты, необходимые для изменения этой разности фаз на определенный угол.

2.При способе по п. 1 применение в пункте Л(или В) стабилизованного передатчика, причем изменение излучаемой частоты производится путем модуляции и выделения боковых частот.

3.При способе по п. 1 применение трубки Брауна для измерения разности фаз.

.77