גיאוטרוניקה: אלקטרוניקה בגיאודזיה. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

גיאוטרוניקה: אלקטרוניקה בגיאודזיה. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / חובב רדיו מתחיל

גיאוטרוניקה: אלקטרוניקה בגיאודזיה קשה לציין את תחום הפעילות האנושית, שלא יחדור להישגים של אלקטרוניקת רדיו מודרנית. לא נשאר בצד ואחד המדעים העתיקים ביותר - גיאודזיה, מדע "מדידת כדור הארץ".

מדידות גיאודטיות על פני כדור הארץ פותרות בעיות רבות. קודם כל, מדובר ביצירת מפות בקנה מידה שונים. אבל לא רק: גיאודזיה, יחד עם אסטרונומיה, גרבימטריה (מדע מדידת תאוצת הכבידה), גיאופיזיקה ומדעי כדור הארץ אחרים, מאפשרים לך לקבוע את הפרמטרים הגיאומטריים והגיאופיזיים של כוכב הלכת, לחקור שינויים במהירות הסיבוב שלו, לקחת בחשבון חשבו על תנועת הקטבים, חקרו עיוותים של קרום כדור הארץ ובצעו בקרה מדויקת על מבנים הנדסיים. גיאודזיה ימית, גיאודזיה יישומית, גיאודזיה בחלל (לוויין) וכו', הופיעו כאזורים נפרדים. אך בכל המקרים, המדידות הגיאודטיות עצמן מצטמצמות לקביעת שלוש גדלים גיאומטריים בלבד: מרחקים, זוויות וגבהים (הבדלים בגבהים של נקודות) . כמויות אלה יכולות להיות שימושיות בפני עצמן, במיוחד בגיאודזיה יישומית (באתרי בנייה, בעת סימון השטח), אך, והכי חשוב, הן מאפשרות לך לחשב את הקואורדינטות של הנקודות הנקבעות. קואורדינטות מעניינות לא רק מודדים - הן נחוצות על ידי מלחים, טייסים, צבא, חברי משלחות שונות ועוד רבים.

אם נחזור לפני חצי מאה אחורה, נמצא את התמונה הבאה. מרחקים נמדדים עם סרטי פלדה של 20 מטר, הנחתם ברציפות על הקרקע לאורך הקו הנמדד, ולצורך מדידות מדויקות - עם חוטי אינוואר תלויים באורך 24 מטר. (זו הייתה עבודה שלוקחת זמן רב ביותר!) למדידות מהירות, משתמשים במדדי טווח אופטיים, המבוססים על עיקרון גיאומטרי בלבד - פתרון של משולש מוארך מאוד ("פראלקטי") עם בסיס קטן (בסיס), אך הדיוק של מדדי טווח כאלה אינו עולה על אלפית מאורך הקווים הנמדדים, והטווח הוא כמה מאות מטרים.

למדידות זוויתיות משתמשים בתיאודוליטים - גוניומטרי אופטיים-מכניים המכילים טלסקופ, עיגולים גוניומטריים אופקיים ואנכיים והתקני ייחוס למדידת זוויות.

לבסוף, כדי לקבוע את העודפים, משתמשים במפלסים שהם שילוב של טלסקופ עם מפלס בועות מדויק, המאפשר להביא את ציר הראייה של הצינור למצב אופקי לחלוטין. לאחר הבאת הצופה מבצע קריאות על שתי מסילות עם חלוקות, המותקנות אנכית על הנקודות, שיש לקבוע את הפרש הגבהים שלהן; ההבדל בין הקריאות ונותן את העודף הרצוי.

לפיכך, כל המכשירים הגיאודטים של אותה תקופה היו אך ורק מכשירים אופטיים-מכניים. המצב נמשך עד אמצע שנות החמישים בערך. ואז הגיעה תקופה שאפשר לכנות בבטחה מהפכה במכשור הגיאודטי: האלקטרוניקה הגיעה לגיאודזיה.

היא החלה את צעדת הניצחון שלה במדידות ליניאריות, ואז חדרה למידות זוויתיות, ולאחרונה לאזור השמרני ביותר - הרמה. תפקיד עצום שיחק על ידי הופעת הלייזרים בשנת 1960, פיתוח מיקרואלקטרוניקה, ומאוחר יותר - טכנולוגיית מחשבים וטכנולוגיות לווין. המיזוג של גיאודזיה ואלקטרוניקה הוביל להיווצרות מושג חדש - גיאוטרוניקה. מהי גיאוטרוניקה היום?

קודם כל, גלים אלקטרומגנטיים משמשים למדידת מרחקים במקום מדידת קלטות וחוטים, מה שהפחית את זמן המדידות בפועל (כלומר, לא סופר את זמן התקנת התקנים) למספר שניות, פשוטו כמשמעו (במקום ימים ושבועות!). , וללא קשר לאורכו של הקו הנמדד . יש כאן שתי גישות עיקריות. הראשון הוא שהמרחק בין, נניח, נקודות A ל-B מתקבל על ידי מדידת זמן ההתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים מ-A ל-B והכפלתו במהירות ההתפשטות v. (את האחרון ניתן למצוא כ-c/n, כאשר c היא מהירות האור בוואקום, הידועה במדויק מאוד, an היא מקדם השבירה של האוויר, מחושב על פי מדידות של טמפרטורה, לחץ ולחות). דרך זו נוחה במיוחד כאשר משתמשים בקרינה אלקטרומגנטית (בפרט, אור) בצורה של פולסים קצרים. זמן ההתפשטות τ נמדד באופן הבא: דופק הנפלט מנקודה A מפעיל מונה זמן אלקטרוני. לאחר שעבר את המרחק לנקודה B ובחזרה (רפלקטור ממוקם בנקודה B), הדחף עוצר את המונה. לפיכך, זמן ריבוי כפול נמדד. השיטה נקראת זמן או דחף, ולמעשה, שונה מעט ממכ"ם דחף, למרות שהיא משמשת, ככלל, בטווח האופטי.

הגישה השנייה למדידת מרחקים דומה מאוד למצב של סרטי מדידה: כמעין סרט מדידה, פועל אורך הגל של התנודה האלקטרומגנטית (עם קרינה מתמשכת), ש"מונח" במרחק נמדד כפול ומספר הנחתות נקבעות. המרחק מתקבל כמחצית מהמכפלה של אורך הגל ומספר המיקומים. מספר זה במקרה הכללי (כמו גם כאשר מודדים עם סרט) לא יהיה מספר שלם - הוא שווה ל-N + ΔN, כאשר N הוא מספר שלם, ו-ΔN הוא שבר קטן מאחד. ניתן לקבוע את אורך הגל על ידי ידיעה מראש או על ידי מדידת תדר התנודה. קל להשיג את החלק השברי של ΔN, לשם כך עליך למדוד את הפרש הפאזות של התנודות הנפלטות והמתקבלות (עברו מרחק כפול). אבל ההגדרה של מספר N שלם היא הבעיה העיקרית. ניתן לפתור זאת על ידי מדידת הפרש הפאזות במספר אורכי גל שונים. מכיוון שהפרשי פאזה נמדדים, שיטה זו נקראת פאזה.

במדדי טווח של אור שלב יבשתי ורדיו, המדידות מתבצעות לא באמצעות אורך הגל של הקרינה, אלא באורך הגל המודולציה, שהוא הרבה יותר ארוך. העובדה היא שתדירות הקרינה עצמה גבוהה מכדי לקבוע את השלב. סכימה כללית לבניית מד טווח פאזה מוצגת באיור. 1.

גיאוטרוניקה: אלקטרוניקה בגיאודזיה

מקור של אור או גלי רדיו פולט תנודות הרמוניות נושאות בצורת Asin(ωt + φo). אבל לפני הקרינה, אחד מהפרמטרים הללו (במגלי טווח אור, בדרך כלל משרעת A, הקובעת את עוצמת האור, ובמחשבי טווח רדיו, התדר f = ω / 2π) מאופנן לפי חוק סינוסואידאלי עם תדר מסוים F, נמוך בהרבה מתדר הנשא f. תדר זה מתאים ל"גלי אפנון" ארוכים יותר, הממלאים את התפקיד של סרט מדידה המוצב במרחק הנמדד. במקרה זה, החלק השברי של התקנות ΔN = Δφ/2π, כאשר הפרש הפאזה Δph, שנמצא בטווח שבין 0 ל-2π, נמדד על ידי מד פאזה.

מדדי טווח שלב מבוססי קרקע מודדים מרחקים של עד כמה עשרות קילומטרים עם שגיאה של כמה סנטימטרים עד כמה מילימטרים. שיטת הפולסים משמשת בגיאודזיה, ככלל, בטווח אורך הגל האופטי עם מקורות קרינת לייזר רבי עוצמה המייצרים פולסים אופטיים באזור הנראה או, לעתים קרובות יותר, באזור האינפרא אדום של הספקטרום. עם זאת, בשל הקושי ליצור פולסים קצרים עם חזית תלולה, הדיוק של שיטה זו נמוך מזה של שיטת הפאזה - במקרה הטוב, דצימטרים. לכן, מערכות לייזר מדופק משמשות למדידת מרחקים גדולים מאוד בנתיבי חלל (ללוויינים מלאכותיים של כדור הארץ ואפילו לירח), כאשר בשל אורכו הגדול של הנתיב, השגיאה היחסית קטנה מאוד.

למרחקים קצרים (עשרות ומאות מטרים), המדויקת ביותר היא שיטת ההפרעות האופטיות, המאפשרת למדוד מרחקים אלו בדיוק שלא ניתן להשגה בשום שיטות אחרות - עד אלפיות המילימטר (מיקרומטר). הוא מיושם באמצעות אינטרפרומטרי לייזר עם לייזר הליום-ניאון (He-Ne) בעל הספק נמוך הפולט באזור האדום של הספקטרום באורך גל של λ = 0,63 מיקרומטר. האינטרפרומטר בנוי לפי סכימת מיכלסון המוכרת באופטיקה: קרינת הלייזר מחולקת לשתי אלומות, שאחת מהן מופנית ישירות לפוטו-גלאי באמצעות רפלקטור "רפרנס", והשנייה עוברת לאותו פוטו-גלאי לאחר מעבר המרחק. למשקף ה"מרחוק" ובחזרה. תבנית הפרעה נוצרת על הפוטו-גלאי בצורה של מערכת של פסים כהים ובהירים, אשר ניתן להבחין מהם רק פס אחד באמצעות דיאפרגמה.

השיטה דורשת הזזת משקף מרחק לאורך כל הקו הנמדד. כאשר המשקף מוזז במחצית מאורך הגל של האור, תבנית ההפרעות מוזזת בשוליים אחד, ובאמצעות ספירת השוליים כאשר המשקף מועבר מנקודת ההתחלה לנקודת הסיום של המרחק הנמדד, מתקבל מרחק זה, כמו ב מדדי טווח פאזה, על ידי הכפלת מספר השוליים שנספרו (מספר N) ב-λ/2.

עבור רפלקטור נע, יש צורך לבנות מובילי מסילה מותאמים בקפידה, קבועים בקפידה על תומכי בטון חזקים. לכן, היקף מדידות הפרעות הלייזר הוא יצירת בסיסים נייחים רב-חתכים למטרות מטרולוגיות לכיול מדדי טווח גאודטי אלקטרוני.

ההתקדמות באסטרונומיה של הרדיו אפשרה ליצור אינטרפרומטר רדיו בסיס ארוך מאוד (VLBI). הוא מורכב משני טלסקופי רדיו 1 ו-2 המופרדים במרחק גדול מאוד (עד אלפי קילומטרים) (איור 2), הקולטים קרינת רעש מאותו קוואזר - מקור רדיו חוץ-גלקטי.

גיאוטרוניקה: אלקטרוניקה בגיאודזיה

טלסקופי רדיו מקליטים באופן עצמאי (במכשירי וידאו) את אות הרעש הזה. שני הרשומות זהות, אך הוזזו בזמן לפי ערך בגלל ההבדל במרחקים מהקווזר לטלסקופי הרדיו. הרשומות משולבות בקורלטור, מה שמאפשר לקבל את פונקציית המתאם של אותות הרעש. אם אחד מהם נכתב כ-s1(t) והשני כ-s2(t + τ), אז פונקציית המתאם K12 = , כאשר סוגריים זווית פירושם ממוצע לאורך זמן גדול בהרבה מהתקופה של רכיב התדר הנמוך ביותר של האותות s1 ו-s2. לפונקציית המתאם יש מקסימום ב-τ = 1. לכן, על ידי הזזת אחת מהרשומות עד לקבלת אות המוצא המקסימלי במוצא המתאם, ניתן למדוד את עיכוב הזמן. מכיוון שבגלל סיבוב כדור הארץ ההפרש ΔS של המרחקים לקוואזר, ומכאן ההשהיה m = ΔS/v, משתנה מעת לעת, נוצר "תדר הפרעות" F, אותו ניתן גם למדוד. הערכים הנמדדים של τ ו-F משמשים לקביעת אורך הבסיס (המרחק בין טלסקופי רדיו) והכיוון לקוואזר בדיוק גבוה מאוד (2...0 ס"מ ו-2 אינץ' בהתאמה).

אלקטרוניקה אפשרה לבצע אוטומציה של מדידות זווית גם כן. תיאודוליט אלקטרוני הוא מכשיר הממיר כמויות זוויתיות שנרשמו כמערכת של משיכות אטומות או פסי קוד על גבי דיסק זכוכית לאותות חשמליים. הדיסק מואר באמצעות אלומת אור, וכאשר התיאודוליט מסובב על הפוטו-גלאי, נוצר אות בקוד בינארי, אשר לאחר פענוח מספק אינדיקציה לערך הזוויתי בצורה דיגיטלית על הצג.

שילוב של תיאודוליט אלקטרוני, מד טווח אור פאזה בגודל קטן ומיקרו-מחשב לעיצוב אינטגרלי או מודולרי אחד אפשר ליצור תחנת טוטאל אלקטרונית - מכשיר המאפשר לבצע מדידות זוויתיות וליניאריות גם יחד עם אפשרות המפרק שלהן. עיבוד בשטח. הדיוק של מכשירים כאלה נע עבור מדידות זוויתיות בין כמה שניות קשת ל-0,5 אינץ' עבור מדידות ליניאריות - מ-(5 מ"מ + 5 מ"מ/ק"מ) עד (2 מ"מ + 2 מ"מ/ק"מ), והטווח הוא עד 2 ... 5 ק"מ. .

לבסוף, הבה נזכיר בקצרה את ההתקדמות בעבודת הרמה. הכנסת טכנולוגיית הלייזר לגיאודזיה הובילה, במיוחד, לפיתוח שיטת הרמה של "מטוס לייזר" (Laserplane systems). קרן אדומה בוהקת של לייזר He-Ne הממוקם אנכית נופלת על פריזמה מסתובבת, היוצרת סחיפת קרן במישור אופקי. זה מאפשר לך לבצע קריאה מנקודת האור על המסילה הממוקמת בכל כיוון מהלייזר. חיווי פוטו-אלקטרי מספק דיוק קריאה בסדר גודל של 1 מ"מ. השיטה מהירה ואינה מגבילה את מספר המסילות, מה שנוח לסקרי גבהים רבים.

לפילוס מדויק מתוכננת כיום מפלס דיגיטלי הפועל על מסילה מקודדת. הקוד נושא מידע על גובהו של כל מקום על המסילה ביחס ל"אפס" שלו. התמונה מומרת לאות חשמלי, וכאשר עובדים על שתי מסילות, העודף בין נקודות ההתקנה שלהם נקבע אוטומטית.

נזכיר גם את היישום הרחב של הלייזר He-Ne בגיאודזיה יישומית, בשל העובדה שקרן הלייזר היא קו ייחוס ממומש פיזית וישר כמעט לחלוטין במרחב, שביחס אליו נלקחות מדידות במהלך התקנה מדויקת של ציוד, בנייה וכו'.

במהלך 20 השנים האחרונות חלה קפיצת מדרגה איכותית חדשה בגיאוטרוניקה, הנקראת המהפכה השנייה במדידות גאודטיות. זוהי היצירה של ניווט לווייני ומערכות גיאודטיות גלובליות. הם מיישמים שיטות מדידה חדשות ביסודו, בהן נדון בחלק השני של המאמר שלנו.

הופעתן של מערכות לווין גלובליות אפשרה לקבוע את הקואורדינטות בכל נקודה על פני כדור הארץ בכל עת. במקביל, מתייחסים לסולמות זמן הייחוס, ולעצם נע, נקבע וקטור המהירות שלו (מהירות וכיוון התנועה). כל זה, ביחד, מכונה לעתים קרובות "מיקום לוויין".

נכון להיום, קיימות שתי מערכות גלובליות בעולם: ה-GPS האמריקאית (Global Positioning System) ו-GLONASS המקומית (Global Navigation Satellite System). מדובר במערכות מסוג טווח המחשבות את הקואורדינטות של מקלט קרקעי ממדידות מרחקים ועד לוויינים נעים, שהקואורדינטות המיידיות שלהן ידועות כתוצאה מהפעלת המכלול הקרקעי. מיקום המקלט מתקבל בצומת כל המרחקים הנמדדים (חתך ליניארי).

בניגוד לטווח הארצי, שבו האות עובר את המרחק הנמדד פעמיים - בכיוון קדימה ואחורה, מערכות לווייניות משתמשות בשיטה לא רצויה עם מעבר בודד של האות לאורך הנתיב. האות נפלט מהלוויין ומתקבל על ידי מקלט קרקע, שקובע את זמן ההתפשטות τ. המרחק בין הלוויין למקלט p = vτ, כאשר v היא המהירות הממוצעת של התפשטות האות.

תן ללוויין לפלוט אות בזמן t0, והאות הזה מגיע למקלט בזמן t0 + τ, ואנחנו צריכים לקבוע את m. לשם כך, הלוויין והמקלט חייבים להיות בעלי שעונים מסונכרנים בקפדנות זה עם זה. אות הלוויין מכיל חותמת זמן המשודרת כל כמה שניות. התווית "מתעדת" את רגע יציאתו מהלוויין, שנקבע לפי השעון של הלוויין. המקלט "קורא" את חותמת הזמן ומתקן את רגע הגעתו לפי השעון שלו. ההבדל בין רגעי היציאה של התג מהלוויין לבין הגעתו לאנטנת המקלט הוא מרווח הזמן הרצוי τ.

למעשה, סנכרון השעון אינו מכובד. הלוויין קובע את תקני התדר (ומכאן את הזמן) בחוסר יציבות יחסית של 10-12...10-13. אי אפשר להחזיק סטנדרטים כאלה בכל מקלט; הם שמים שם שעוני קוורץ רגילים עם חוסר יציבות בסדר גודל של 10-8. מופיע ערך לא ידוע Δh - ההבדל בין קריאות השעון של הלוויין והמקלט, המעוות את התוצאה של קביעת הטווח. מסיבה זו, הטווחים המתקבלים ממדידות נקראים פסאודו-טווחים. כיצד הם קובעים את הקואורדינטות, נתאר להלן.

מערכות ה-GPS וה-GLONASS מורכבות משלושה סקטורים (איור 3).

גיאוטרוניקה: אלקטרוניקה בגיאודזיה

גזרת חלל היא אוסף של מערכות לווייניות, המכונה לעתים קרובות "קונסטלציה" או "קונסטלציה מסלולית". קבוצת כוכבים שלמה מורכבת מ-24 לוויינים. ב-GPS הם ממוקמים בשישה מישורים מסלוליים המסובבים ב-60°, וב-GLONASS - בשלושה מישורים דרך 120°. כמעט לכל המסלולים המעגליים יש גובה של כ-20 ק"מ, תקופת המהפכה קרובה ל-000 שעות.

תחום הפיקוד והבקרה כולל עמדות מעקב, שירות זמן מדויק, תחנה מרכזית עם מרכז מחשבים ותחנות הורדת מידע ללוויינים. תחנות מעקב קובעות את האפמריס (אלמנטים מסלוליים) של הלוויינים ומחשבות את הקואורדינטות שלהם. המידע מועבר ללוויינים על ידי תחנות הטעינה ולאחר מכן משודר למקלטים.

מגזר המשתמשים הוא מקלטי לוויינים שמספרם אינו מוגבל ומתחם מצלמה לעיבוד מדידות ("פוסט-עיבוד" המבוצע לאחר תצפיות בשטח).

אות לווין. אותות נפלטים מהלוויין בשני תדרי נשא L1 ו-L2. הם נתונים ל-Pase Shift Keying (PM) - העברה של שלב הנשא ב-180 מעלות בזמנים המצוינים על ידי טווחי קודים בינאריים. היפוך פאזה מתאים לשינוי בקודים 0 עד 1 או 1 עד 0.

קודי איתור טווח הם חילופי תווים כל כך (אפסים ואחדים) שאי אפשר להבחין בתבניות כלשהן בו, אבל לאחר מרווחי זמן הם חוזרים על עצמם מדי פעם בדיוק של כל תו. תהליכים כאלה נקראים רצפים פסאודו אקראיים (PRS) - הם יוצרים קודים פסאודו אקראיים.

משתמשים בשני קודים: האחד עבור "גס", השני עבור מדידות "עדינות". יש להם תקופת חזרות שונה משמעותית (משך הקוד). אז ב-GPS, קוד גס, הנקרא קוד C/A (מהמילים Coarse Aquisition - ניתן לזיהוי בקלות, זמין לציבור), חוזר על עצמו כל אלפית שנייה, ומשך הזמן של הקוד המדויק, הנקרא קוד P (Precision - מדויק), הוא 266,4 ימים. משך הזמן הכולל של קוד ה-P מחולק למקטעים שבועיים המחולקים על פני כל הלוויינים של המערכת, כלומר, קוד ה-P של כל לוויין משתנה מדי שבוע. בעוד שקוד ה-C/A זמין לכל המשתמשים, קוד ה-P נועד במקור רק לבעלי גישה מורשית (בעיקר צבא ארה"ב). אולם כעת, למקלטים של כמעט כל המשתמשים יש גישה ל-R-code.

במערכת GLONASS המצב דומה, ההבדל הוא רק בשמות: הקוד הגס נקרא קוד ST (דיוק סטנדרטי), והקוד המדויק נקרא קוד BT (דיוק גבוה). עם זאת, יש הבדל מהותי בין GPS ל-GLONASS הקשור לשימוש בקודים. ב-GPS, גם קוד C/A וגם קוד P שונים עבור כל לוויין עם אותם תדרי נושא L1 ו-L2, בעוד שב-GLONASS, להיפך, קודי ST ו-BT של כל הלוויינים זהים, אבל הספק התדרים שונים. במילים אחרות, GPS משתמש בהפרדת קוד, בעוד GLONASS משתמש בהפרדת תדרים של אותות לווין.

הקוד הגס מטופל על ידי הספק L1, והקוד העדין מטופל על ידי הספקים L1 והן L2. אות הלוויין גם "מטמיע" את כל המידע המשודר מהלוויין, ויוצר הודעת ניווט - חותמות זמן, נתונים על ארעיות הלוויין, ערכי תיקון שונים, אלמנקים (אוסף של נתונים על מיקומם של כל אחד מהלוויינים של המערכת וכן מצב ה"בריאות" שלו וכו'. הוא גם מומר לקוד בינארי, אשר מטופל על ידי שני הספקים. תדירות הסמלים של הודעת הניווט היא 50 הרץ. הסכימה הכללית של היווצרות אות לוויין ב-GPS מוצגת באיור. 4.

גיאוטרוניקה: אלקטרוניקה בגיאודזיה

מקלטי לוויין מודרניים יכולים לפעול בשני מצבים עיקריים, הנקראים מדידות קוד ופאזה.

מדידות קוד נקראות גם אבסולוטיות, מכיוון שהן מאפשרות לקבוע ישירות את הקואורדינטות של נקודות X, Y, Z במערכת קואורדינטות מלבנית גיאוצנטרית (כלומר, עם המקור במרכז המסה של כדור הארץ), ואת אופן הקוד. מדידות נקראות ניווט. במדידות קוד נקבע זמן ההתפשטות של אות PM מהלוויין למקלט, כולל ההשהיה באטמוספירה ותיקון השעון היחסי Δtch.

המדידות מתבצעות בשיטת המתאם. במקלט נוצר בדיוק אותו PSS כמו בלוויין. הקוד המקומי הזה והאות המתקבל מהלוויין מוזנים לקורלטור שהופך את הפאזה של האות ב-180° כאשר סמלי הקוד המקומי משתנים. העיכוב של הקוד המקומי ביחס ללווין נאלץ להשתנות עד שהקודים מתאימים לחלוטין. ברגע זה, המניפולציה מוסרת בפלט של המתאם ועוצמת האות גדלה בחדות (מה שמתאים למקסימום של פונקציית המתאם). ההשהיה הנדרשת תואמת את זמן ההתפשטות של האות.

באופן זה, ניתן למדוד את ההשהיה רק במהלך הקוד (תקופת החזרה שלו), אשר עבור קוד גס הוא 1ms. זמן ההפצה tr שמעניין אותנו ארוך בהרבה. ב-1 ms, גל רדיו עובר 300 ק"מ, ומספר האלפיות השניות השלמות בזמן ההתפשטות נקבע על פי הערך המשוער של המרחק, אותו יש לדעת עד 150 ק"מ. כשמשתמשים בקוד המדויק, בעיה זו אינה מתעוררת, שכן משך הזמן שלו גדול מזמן ההתפשטות τр.

לאחר קביעת τр והכפלתו במהירות האור בוואקום, משיגים את הפסאודו-טווח Р, הקשור לטווח הגיאומטרי р על ידי היחס Р = р + cΔtaтм + cΔtch, כאשר cΔtaтм הוא עיכוב האות באטמוספירה (שיכול להיות נקבע בדרגות דיוק שונות); c היא מהירות האור בוואקום. ביחס זה, הלא ידועים הם p ו- Δtch. אבל המרחק הגיאומטרי p בין הלוויין למקלט יכול להתבטא במונחים של הקואורדינטות שלהם. מכיוון שקאורדינטות הלוויין ידועות מהודעת הניווט, p מכיל שלוש קואורדינטות מקלט לא ידועות X, Y, Z, והמשוואה עבור P מכילה למעשה ארבעה לא ידועים - X, Y, Z ו- At, . על ידי מדידה בו-זמנית של עד ארבעה לוויינים, מתקבלת מערכת של ארבע משוואות עם ארבעה לא ידועים, מהפתרון שלהן נמצאות הקואורדינטות הרצויות של המקלט. סימולטניות נחוצה כדי לשמור על הקביעות של הערך של Δtch.

הדיוק של מדידות הקוד גדל משמעותית על ידי שימוש בשיטה דיפרנציאלית באמצעות שני מקלטים, שאחד מהם (בסיס) מותקן בנקודה עם קואורדינטות ידועות ופועל באופן רציף בקוד P. הפסאודו-טווחים הנמדדים על ידו מושווים ל"התייחסות" המחושבים מהקואורדינטות. ההבדלים המתקבלים, או תיקוני ההפרש, נשלחים לרובר כדי לתקן את המדידות. שיטת הדיפרנציאל נותנת דיוק של עד מספר דצימטרים.

מדידות פאזה מבוצעות עם שני מקלטים והן מדידות יחסיות, שבהן לא נקבעות הקואורדינטות של המקלטים עצמם, אלא הפרשי הקואורדינטות שלהם באותו השם. מצב מדידת הפאזה נקרא גיאודטי מכיוון שהוא מספק דיוק הרבה יותר טוב ממצב ניווט מדידת קוד.

במקרה זה, לא נמדד זמן התפשטות האות מהלוויין למקלט, אלא הסטת הפאזה של תנודות תדר הנשא בזמן זה. עם זאת, מהמדידות, אנו יכולים לקבל לא את הסטת הפאזה הכוללת φSR = 2 N + Δφ, "מתקדם" במרחק מהלוויין S למקלט R, אלא רק את החלק השברי שלו Δφ, פחות מ-2π. המספר הלא ידוע של מחזורי פאזה שלמים N הוא מספר אורכי הגל השלמים המתאימים למרחק מהלוויין למקלט. מכיוון שהמרחק גדול (20 ק"מ) ואורך הגל קטן (000 ס"מ), N הוא בסדר גודל של 20 מיליון, ויש לקבוע זאת בדיוק: טעות ליחידה תיתן שגיאה בטווח של 100 ס"מ. שיטות לפתרון בעיה זו פותחו את התפקיד העיקרי בו ממלאים עיבוד מתמטי של תוצאות המדידה, המבוצע על ידי תוכנה.

ממדידות פאזה מתקבלים פסאודו-טווחי פאזה, שבהם לערך של Δtch יש פרשנות מעט שונה. אם במהלך מדידות קוד הוא משקף את אי-הסינכרון של שעוני הלוויין והמקלט, הרי שבמהלך מדידות פאזה היא תוצאה של התנודות הלא-סינכרוניות של מתנדי הייחוס של הלוויין והמקלט, אותן אנו מציינים ב-bf. כמובן, Δtch ו-δφ קשורים זה לזה באופן נוקשה: δφ = 2πf ·Δtch.

כדי להוציא את δφ, די לבצע מדידות בשני לוויינים. ניתן לייצג את הערך של δφ כ-δφS - δφR (כלומר, ההבדל בין השלבים ההתחלתיים של התנודות של המחוללים בלוויין ובמקלט). אם לוויין אחד נצפה בו-זמנית עם שני מקלטים מרוחקים זה מזה, ההבדל בין התוצאות אינו כולל את הערך של δφS עבור הלוויין הנצפה. אם אותם מקלטים צופים בלוויין השני, ההבדל אינו כולל את הערך של δφS עבור הלוויין השני הזה. אם נמציא כעת את ההבדלים - מה שנקרא ההבדל השני, הערך של δφR עבור שני המקלטים אינו נכלל. שיטת ההבדל השנייה היא העיקרית למדידות גיאודטיות ברמת דיוק גבוהה.

הפרש הפסאודו-טווח השלב השני מכיל את הקואורדינטות של שני לוויינים 1 ו-2 ושני מקלטים A ו-B. בואו נסמן אותו P12. אם נבצע מדידות של פסאודור טווחי פאזה לארבעה לוויינים בנקודות A ו-B, נוכל לחבר שלוש משוואות עצמאיות: עבור P12, P13 ו-P14, שבהן שלושה הבדלים של אותן קואורדינטות של נקודות A ו-B יפעלו כלא ידועים: (ХА) - ХB), (YА - YB), (ZA - ZB). הפתרון של מערכת משוואות כזו מאפשר למצוא את אורך הבסיס AB, ואם אחד המקלטים ממוקם בנקודה עם קואורדינטות ידועות (מה שהם עושים), אזי הקואורדינטות של הנקודה השנייה יכולות להיות בקלות. נמצא מההבדלים שהתקבלו.

כדי לבצע מדידות פאזה בתדרי נושא, יש צורך לשחרר אותם מאפנון קוד. זה מושג על ידי ריבוע האות המגיע מהלוויין (הכפלה מעצמה), וכתוצאה מכך שינוי פאזה של 180 מעלות הופך לשינוי של 360 מעלות, כלומר מפתוח פאזה מוסר והנשא משוחזר (בתדירות כפולה) .

מדידות פאזה מספקות דיוק בסנטימטר, ובמקרים מסוימים אף ברמת המילימטר.

היקף המאמר אינו מאפשר להדגיש פרטים מעניינים רבים, אך אנו מקווים כי הקורא קיבל מושג כללי על הישגי המדע המודרני החדש - גיאוטרוניקה.

מחבר: A.N. Golubev, Doc. טכנולוגיה. מדעים, פרופ. האוניברסיטה הממלכתית של מוסקבה לגיאודזיה וקרטוגרפיה

ראה מאמרים אחרים סעיף חובב רדיו מתחיל.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מתמטיקאים לעתיד מלחינים היטב 14.10.2008

כיצד לזהות סימנים לכישרון מתמטי עתידי אצל ילד קטן?

פסיכולוגים מאוניברסיטת ווטרלו (קנדה), בראשות דניאלה אוניל, נתנו לילדים תמונות וביקשו מהם לכתוב סיפור על סמך התמונות הללו. הנסיינים העריכו פרמטרים רבים של חיבורים בעל פה, כמו אורך הביטויים, עושר אוצר המילים. כמה שנים מאוחר יותר, הושוו תוצאות החוויה הזו להצלחה בבית הספר.

התברר שאת הציונים הטובים ביותר בחשבון קיבלו אותם ילדים שחיברו את הסיפורים המורכבים ביותר. יתרה מכך, הם לא הראו בהכרח תוצאות טובות בקריאה, כתיבה והתפתחות כללית.

עוד חדשות מעניינות:

▪ מכונית הגנה לנהג שיכור

▪ מודול IrDA (FIR) הקטן ביותר בעולם

▪ כיסא עם קרדיוגרף ימנע מהנהג להירדם על ההגה

▪ מתקן בלימה מתנפח בתיק גב

▪ תותבות כלי דם אידיאליות

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע של האתר רדיו - למתחילים. בחירת מאמרים

▪ מאמר משרד האמת. ביטוי פופולרי

▪ מאמר מדוע הנפיקה בולגריה מטבע 1,95583 לב? תשובה מפורטת

▪ מאמר מעצב-חזותי. תיאור משרה

▪ מאמר ממסר קיבולי להשקיית תפטיר. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר ספק כוח שנאי טסלה עם בקרת מיקרו-בקר. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר