Способ определения скорости радиоволн, распространяющихся земным лучом

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s()s 6 01 S 13/95

ГОсудАРстВенный кОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4391960/09 (22) 11.03.88 (46) 15.07.91. Бюл. ¹ 26 (71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосьемки и картографии (72) В.П.Глумов, В,П,Майка и А.С.Медовиков (53) 621.396.96{088.8) (56) Глумов В.П.Основы морской геодезии.

M.: Недра, 1983, с. 126-127.

Белкина М.Г. Таблицы для вычисления электромагнитного поля в области тени для различных почв, M.: Сов, радио, 1949. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ

РАД И О В ОЛ Н, РАСП РО СТРАН Я (О ЩИХСЯ

ЗЕМНЫМ ЛУЧОМ (57) Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в геодезии и навигации. Цель изобретения — повышение точности определения скорости и

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 z и солености S; на фиг,2 представлены графики зависимости дополнительной фазы рдоп от расстояния г между

„„SU ÄÄ 1663591 А1 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, .Ъ излучателем и приемником при распространении радиоволн над сферической поверхностью Земли; на фиг..3 показаны графики зависимости скорости распространения радиоволн разной длины при o= 4, 0,7 и 0,01 Q см/м; на фиг.4 показана схема линии связи

РГС "Поиск"; на фиг.5 изображена функциоанльная электрическая схема устройства для реализации предложенного способа определения скорости радиоволн. распространяющихся земным лучам.

Устройство, реализующее способ, состоит из базисных станций 1 и 2, ретрансля1 ционной станции 3, подвижной определяемой станции 4, состоящей из приемников 5 и 6, паласовых фильтров 7, 8, 9, 10, измерителей 11, 12, временных задер1663591

>кек, 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 гетеродиннога фазового способа измерения разности расстояний (r re) как гиперболической координаты станции 4.

Передатчик станции 1 непрерывно излучает колебания частот f1 и f, а передатчик станции 2 — колебания частот 11+ Ж и fz+ Ж

Значения частот выбираются такими, чтобы удовлетворялось условие (8), приведенное ниже.

Колебания с частотами f< и f<+ Af принимаются приемниками 5, а колебания с частотами fz и 12+ Ю принимаются приемником

6 подвижной станции 4 (см.фиг.5), На выходе приемника 5 при помощи паласовых фильтров 7 и 8 выделя отся колебания частот f> и ft + М соответственно. На выходе приемника 6 при помощи паласовых фильтров 9 и 10 выделя1отся колебания частот fz и fz + Ж соответственно. С выходов паласовых фильтров 7 и 9 колебания частот f1 и fz подаются на входы измерителя временных задержек 11 и измерителя 13 амплитуд. Измерителем временных задержек 11 выполняется измерение разности ht временных задержек д и сигналов частот f< и fz на дистанции г1. В измерителе 13 амплитуд выполняется измерение амплитуд сигналов с частотами f1 и fz, Информация с выходов измерителя временных задержек 11 и измерителя 13 амплитуд подается в ЭВМ. Аналогичная информация поступает в ЭВМ после обработки сигналов с частотами fg + hf и fz+ Ж 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 г1 и г2 в алгоритме реализована также процедура подбора таких значений о, при которых совпадают измеренные и вычисленные по формулам теории дифракции В,А.Ôîêà значения hr и отношения амплитуд А1/А2 =

)F< / Я. Полученные таким образом точные значения о позволяют определить рд„и .точнОе значение скорости по формуле (4) для каждой из частот так, как это изложено ниже, Сущность способа заключается в следующем, 5 При распространении радиоволн вдоль земной поверхности структура формируемого ими электромагнитного поля может быть описана формулой

Е = EoF(x,у1, у, q), (1)

10 где Ео- напряженность поля в данкой точке свободного пространства;

F(x, y>, у, q) — функция ослабления электромагнитного поля, формируемого радиоволнами, распространяющимися по

15 наземным трассам (земными лучами): а(а " e "

F(x, „,g} =е и Г" 7;

51 5 ?

„ц (4-911 + t45 ф

G), НБ) Й,НБТ

20 В формуле (2) обозначены 8 . i iЭ(

R V?

А — длина радиоволны;

25 а — средний радиус Земли, равный 6371 км; В = r/а — геоцентрический угол с вершиной в центре Земного вара радиуса а, стягиваемый дугой r на поверхности Земного шара;

30 h1у1 = —h,,,, h1 — высота излучателя радиоволн над поверхностью Земли;

ДЗ/ 2 у = — h — высота приемника над поверхностью Земли; 1 Д;йй я-диэлектрическая проницаемость подстилающей по40 верхности; ш1 функция Эйри;

ts — корень характеристического уравнени я

e È )- ä, (Ä -О )

45 м1 — первая производная от функции

Эйри.

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

F = I FI e "4" " (3)

Значения IF I и грдол при заданных геометрических условиях формирования линий связи, т.е. при фиксированных h, h, и r, являются функциями. величин Я, е и о.

1663591

10 ния

25

Анализ графиков на фиг.1, 2 и 3 показывает, что при распространении радиоволн над поверхностью реальной морской среды с неоднородными температурой и соленостью, обусловливающими изменение а в пределах от 0,7 до 5,2 см/м, изменения рроп и v могут достигать значений более

50 и 60 км/с соответственно. Над сферической поверхностью Земли с эффективными значениями е и о дополнительная фаза монотонно возрастает по закону фд» = a г, что по существу эквивалентно уменьшению реальной скорости v<:e распространения наземных радиоволн в сравнении со скоростью v радиоволн в свободном пространстве. При известных значениях ч„и д» реальная скорость v может быть определена из выражения

Точность определения v no формуле (4) зависит от точности определения значения г/>дол и может быть оценена соотношением ч " ч<до« (5)

Ь.диапазоне средних волн для точного определения значения v с использованием формулы (4) необходима информация о точных эффективных значениях параметров

E и 0; При этом влияние параметра о на скорость распространения v наземных радиоволн является преобладающим, а их взаимосвязь может быть получена на основании формульi (7): ч дол G .(б)

2а ЗG G .

Из выражения (6) следует. что при Л=

150 м и г= 100 км для определения скорости

v с относительной средней квадратической

„r> погрешностью fA„/ч =10 значениеадолжно быть получено с ошибкой не более 4%.

Указанную точность определения можно получить, если согласно предлагаемому способу измерить разность временных задер>кек A и т2 двух радиоволн с длинами

Л1 и Л2 на одной дистанции г:

"< "2 -у (д<< < " 2 41 л л

2< 7

Ю

"2

55 таблиц M.Ã,Áåëêèíîé, При этом погрешность определения скорости v по формуле (4) будет зависеть от разноса рабочих частот

ЛЛ по формуле д =- з — — .(I, (8) где Л1 — длина волны первой частоты; m погрешность измерения временной задержки; т — временная задержка распространеФормула 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, переизлуча<от 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 распростарнении от первого ко второму концу трассы и обратно, определяют скорость распространения радиоволн, распространяющихся земным лучом по величине временной задержки распространения радиоволн первой длины волны при распространении от первого ко второму концу тоассы и обратно, отл ича ю щи и с я 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 волны, 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 концс трассы, а определение скорости радиоволн, распространяю<щихся земным лучом, осуществляют по измеренным параметрами табличным путем.

16б3591 уеду

8 18 Ю

Рог Qoe

5%

20д 400 Б00 г,ки

Фиг.2

ИУЮО

1663591

Составитель А, Кочин

Редактор Г. Мозжечкова Техред М.Моргентал

Корректор О. Кундрик

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2265 Тираж 375 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5