HYPERLINK «http://www.ukrreferat.com/» www.ukrreferat.com – лідер
серед рефератних сайтів України!

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

з дисципліни “Електронні прилади”

ПЛАН

1. Зовнішня модуляція світла

2. Основна формула фазового методу вимірювання відстаней

Список використаної літератури

1. Зовнішня модуляція світла

Модуляцією називається зміна параметрів коливання в часі за певним
законом. Відповідно до того, який параметр модулюється (А, ( або (о),
розрізняють амплітудну модуляцію (АМ), частотну (ЧМ) і фазову (ФМ). В
світловіддалемірах іноді використовують ще один вид модуляції –
поляризаційну (ПМ), при якій змінюється стан поляризації світлових
коливань.

Модуляція світла, модуляція коливань електромагнітного випромінювання
оптичного діапазону (видимого світла, ультрафіолетового і інфрачервоного
випромінювань). При М. с. змінюються амплітуда (і отже, інтенсивність),
фаза, частота або поляризація світлових коливань. У будь-якому з цих
випадків кінець кінцем міняється сукупність частот, що характеризує
випромінювання, — його гармонійний склад. М. с. дозволяє «навантажувати»
світловий потік інформацією, яка переноситься світлом і може потім
витягувати і бути використана. В принципі кількість інформації, яку
можна передати, модулюючи коливання якого-небудь вигляду, тим більше
велика, чим вище частота цих коливань (зокрема, тому, що із зростанням
частоти модульованих коливань — т.з. частоти, що несе, — з’являється
можливість збільшити ширину смуги частот модулюючих сигналів; частоти
модулюючих коливань повинні бути що менше несе). Частоти видимого світла
1015—1016 гц, а всього діапазону оптичного випромінювання — від 1012 до
1020 гц, тобто значно вище, ніж у інших коливань, що модулюються з метою
передачі інформації. Це (а також нерідко неможливість вирішити технічну
або наукову задачу, не використовуючи оптичне випромінювання) обумовлює
важливість і перспективність М. с.

 Зовнішня модуляція пов’язана із зміною характеристик випромінювання, що
покинуло джерело, внутрішня модуляція — з безпосередньою дією на джерело
випромінювання.

Коливання, параметр якого модулюється, називається несучим коливанням, а
його частота f = (/2(– несучою частотою. Модуляція полягає в тому, що
вибраний параметр піддається дії модулюючого коливання, який задає закон
зміни параметра. В найпростішому випадку модуляція здійснюється за
гармонійним законом. При цьому модульований параметр P представляється у
вигляді

P(t)= Ро + (P cos (t = Ро (1 + m cos (t), (1)

де Ро – відповідний параметр не модульованого коливання,

(P – амплітуда зміни параметра, ( = 2(F – кругова частота модуляції
(F – частота модуляції, тобто частота модулюючого коливання). Величину
m = (P/Po називають коефіцієнтом модуляції. Частота модуляції завжди
набагато менше несучої частоти, тобто F(( f (відповідно ( (( ().

В наземних віддалемірних пристроях найбільш часто застосовується
амплітудна модуляція за гармонійним законом. Розглянемо цей випадок
докладніше.

Хай не модульоване (несуче) коливання в якому для простоти покладемо
початкову фазу (о = 0 має вигляд:

S = Ао cos (t. (2)

При гармонійній АМ амплітуда, у відповідності з (1), міняється в часі
згідно із законом

А(t)= Ат + (А cos (t = Ат (1 + m cos (t) (3)

Рис.1. а) АМ-коливання, в якому амплітуда змінюється за
гармонійним законом, б) Частотний спектр АМ-коливання. і рівняння АМ —
коливання буде

SAM = Ат (1 + m cos (t) cos (t. (4).

Графік такого коливання показаний вище (рис.1,а). Застосувавши до (4)
відому з тригонометрії формулу для добутку косинусів:

cos( · cos( = (1/2) [cos (( — () + cos (( + ()] (5)

можна представити у вигляді

SAM = Аоcos (t + (mAo /2)cos (( — ()t + (mAo /2)cos (( + ()t. (6)

Обговоримо вирази (4) і (5). Формула (4) показує, що АМ-коливання –це
коливання однієї частоти ( (несучої), але із змінною амплітудою Ao(1 +
mcos (t), величина якої міняється в часі з частотою модуляції (. Формула
ж (5) говорить про те, що АМ-коливання складається з трьох гармонійних
складових з частотами (, (-( і (+( і постійними амплітудами (Ао, mAo/2 і
mAо/2 відповідно). Питання «що ж є АМ-коливання насправді?» некоректне:
обидва уявлення еквівалентні. В одних випадках доцільно використовувати
запис (4), в інших – (5). Вираз (6) показує частотний спектр
АМ-коливання (рис.1, б). Частоти (-( і (+( називаються боковими
частотами. Таким чином, амплітудно-модульоване коливання полягає в
загальному випадку з несучої частоти і двох бокових частот.

Цікавим окремим випадком є биття, про яке згадувалося вище – результат
складання двох близьких частот (1 і (2. Биття – це теж АМ-коливання, але
його спектр складається з двох цих частот.

Окрім гармонійної модуляції, часто використовується модуляція по
прямокутному закону, коли значення модульованого параметра
стрибкоподібно міняється від Р1 до Р2 і через деякий час – назад, і
цей процес повторюється через однакові або різні інтервали часу.
Модуляцію по прямокутному закону називають маніпуляцією. Маніпуляція
фази використовується, наприклад, в глобальних супутникових навігаційних
системах.

Демодуляція. Демодуляцією або детектуванням називається процес, в
результаті якого з складного модульованого коливання виділяється
модулююче коливання. Це процедура, зворотна модуляції. Існують детектори
АМ-, ЧМ- і ФМ-коливань. Звичайно ЧМ- і ФМ коливання перетворять в
АМ-коливання, яке детектується найбільш просто. Детектування
АМ-коливання є нелінійною операцією, в процесі якої відбувається
перемножування цього коливання або на несуче коливання, або саме на
себе. Перший варіант називають синхронним детектуванням, другий –
квадратичним детектуванням. В обох випадках в результаті перемножування
виходить сума доданків (спектр), один з яких буде коливанням модулюючої
частоти, яке виділяють за допомогою відповідного фільтру, який
пропускає тільки цю частоту.

  Головними параметрами, характеризуючими амплітуду модуляції світла, є:
основна частота і ширина смуги частот модулюючого сигналу, глибина
модуляції m = (Imах — Imin)/(Imax + Imin) (I — світловий потік), а також
абсолютне значення амплітуди модуляції і прозорість модулятора (від них
залежить потужність сигналу, що реєструється приймачем). Внутрішні AM
світла здійснюють, наприклад, міняючи по необхідному закону напругу і
струм живлення штучних джерел випромінювання. Найбільш ефективний цей
метод для газорозрядних джерел світла і напівпровідникових
випромінювачів. Внутрішня М. с. широко застосовується також в лазерах.

  Простими модуляторами світла є механічні пристрої, що дозволяють
переривати на деякі задані інтервали часу світловий потік. До них
відносяться диски, що обертаються, з отворами (обтюратори), растри,
заслінки, що коливаються або обертаються, дзеркала, призми, а також
пристрої, в яких відбувається кероване модулюючим (не оптичним) сигналом
порушення оптичного контакту. Інший клас приладів, використовуваних для
зовнішньої AM світла, складають модулятори, дія яких заснована на
управлінні поглинанням світла в напівпровідниках. Це поглинання залежить
від концентрації і рухливості вільних носіїв заряду в напівпровіднику
(вільних електронів і дірок) і може управлятися зміною в нім напруги або
струму. Для створення модуляторів світла перспективні також прозорі
ферити і антиферомагнетики, вивчення властивостей яких почалося в 60-і
рр. ХХ ст.

n

p

z

|

~

,

,

???????¤?¤?$?????? Механічні модулятори забезпечують максимальну
прозорість і глибину модуляції, але працюють при частотах модулюючого
сигналу не понад 107 гц і не допускають швидкої перебудови частоти
(узкополосны). Напівпровідникові модулятори в принципі можуть
здійснювати модуляцію світла при частотах до 1010—1011 гц з шириною
смуги, що обмежується тільки параметрами радіотехнічної схеми, проте
глибина М. с. в таких модуляторах і їх загальна ефективність невеликі
унаслідок великого поглинання світла в напівпровідниках і малій
електричній міцності напівпровідникових матеріалів.

  Найчастіше для модуляції світла використовують ефекти, що приводять до
зміни заломлення показника оптичного середовища під дією зовнішнього
поля (модулюючого сигналу), — електрооптичні (Керр ефект і Поккельса
ефект), магнітооптичний (Фарадея ефект) і акустооптичний. У модуляторах,
що працюють на цих ефектах, відбувається ФМ світла (з подальшим
перетворенням її в AM); тому їх називають також фазовими осередками.
Частоти модулюючих сигналів в більшості оптичних середовищ, що
заповнюють фазові осередки, можуть досягати 1011 гц.

Загальна ефективність модуляції світла в значній мірі залежить від
параметрів світлових пучків. Поява лазерів — унаслідок властивої їх
випромінюванню високого ступеня монохроматичності, малій расходимости і
великій енергетичній світимості — дозволило створити економічні і
ефективні модулятори по схемах, абсолютно непридатних для некогерентних
джерел світла. Виявилося можливим застосувати деякі методи зовнішньої
модуляції для внутрішньої модуляції лазерів (модулюючи добротність їх
відкритих резонаторів або — в напівпровідникових лазерах і газових
лазерах — імпульсне живлення). Модуляція світла в лазерах використовують
не тільки для введення інформації, але і для збільшення потужності
випромінювання (у ряді випадків — на декілька порядків). У твердотільних
лазерах, що працюють в режимі модуляції добротності резонаторів за
допомогою осередків («затворів»), наповнених рідинами, що прояснюються
(при опромінюванні могутнім світловим пучком), отримані найбільш короткі
з відомих світлових імпульсів — тривалістю ~ 10-11—10-12 сок, що
відповідає смузі частот 1011—1012 гц.

 

2. Основна формула фазового методу вимірювання відстаней

Для вимірювання відстані використовується один з двох методів: часовий
(метод вимірювання відстані до цілі по часу затримки відображуваного
сигналу) або фазовий (метод визначення відстані до цілі по зміщенню фази
відображуваного сигналу).

Фазовий режим — це режим високоточних геодезичних вимірювань. У ньому
одночасно беруть участь принаймні два приймачі.

У цьому режимі отримують координати вектора бази, тобто різниця
координат пунктів, на яких встановлені антени супутникових приймачів.
Помилка визначення вектора бази складає від декількох міліметрів до
декількох сантиметрів.

Вимірювання виконують на частоті сигналу супутника, звільненого від коду
процедурою квадратування. Вимірюваною величиною є миттєва різниця фаз
сигналу супутника і сигналу генератора приймача.

Тут доречно сказати про терміни абсолютні і відносні визначення. По
термінології, що більш менш склалася, під абсолютними визначеннями
розуміють визначення координат пункту, тобто роботу в кодовому
навігаційному режимі. Під відносними визначеннями розуміють визначення
місцеположення одного пункту щодо іншого — твердого, початкового пункту.
Такий різницевий фазовий режим геодезичних вимірювань. Відносними
визначеннями можна також назвати диференціальний навігаційний кодовий
режим, коли місцеположення і вектор швидкості рухомого носія визначають
щодо диференціальної станції.

Доплерівський режим, точніше режим інтегрального доплера, є як би
побічним по відношенню до фазового. Доплерівська частота пропорційна
швидкості зміни фази, тому доплерівську частоту отримують попутно з
вимірюванням фази, без яких-небудь додаткових витрат. Не дивлячись на
«безкоштовність» цей режим дає багату інформацію про місцеположення
пункту. Слід нагадати, що перші супутникові радіонавігаційні системи
були виключно доплерівськими.

Як сказано, режими спостережень нерозривно зв’язані один з одним.
Геодезиста понад усе цікавить високоточний фазовий режим, проте
наближені значення координат пунктів, необхідні для зрівнювання, він
отримує з кодових і доплерівських вимірювань. Переміщення по об’єкту і
пошук початкових пунктів також дуже полегшує використання кодового
навігаційного режиму. Далі розглянемо вимірювані величини детальніше.

У геодезичному приймачі вимірюють миттєву різницю фаз сигналу супутника
і коливання приймача. Нагадаємо, що фазові вимірювання є найбільш
точними.

За високу точність доводиться розплачуватися зусиллями, витраченими на
дозвіл багатозначності фазових вимірювань. Сигнал супутника не є
гармонійним, як це необхідно для фазових вимірювань. Навпаки, він
модульований по фазі складним псевдошумовим кодом.

Щоб виконати фазові вимірювання, необхідно прибрати кодову модуляцію.
Так і роблять, використовуючи операцію квадратирования. Сигнал, що
приймається, умножають на самого себе. В результаті виходить сигнал,
частота якого рівна подвоєній частоті сигналу супутника, що несе. Це
коливання підсилюють і саме на нім виконують фазові вимірювання. При
цьому кодову інформацію не ігнорують. Її повною мірою використовують для
отримання навігаційних координат пунктів і для прийому навігаційного
повідомлення.

У супутникових системах прийнято позначати дальність до супутника буквою
р. З урахуванням цього запишемо формулу, що зв’язує дальність до
супутника із зміряною різницею фаз. Основою служить формула для
беззапросного фазового методу. Для випадку супутникових вимірювань вона
має вигляд (7):

(7)

Тут з(t) — миттєва відстань до супутника у момент t; ц(t) — миттєве
зміряне значення різниці фаз; (дц — початкова фаза коливань супутника;
дцr — початкова фаза коливань приймача.

Таким чином, при кодових вимірюваннях грає роль несинхронну показань
годинників супутника і приймача, а при фазових вимірюваннях грає роль
несинфазность коливань опорних генераторів супутника і приймача.
Апаратурно, тобто шляхом організації якихось додаткових каналів зв’язку
між приймачем і супутником, ці параметри визначити неможливо.
Несинфазность виключають з результатів обробки шляхом формування різниць
фазових вимірювань.

У формулі (7) вимірювана величина різниці фаз міняється з часом із-за
зміни дальності до супутника. Унаслідок ефекту Доплера з часом міняється
значення частоти сигналу, що приймається.

Список використаної літератури

Адрианова И.И. и др. Фазовая светодальнометрия и модуляция оптического
излучения // «Оптико-механическая промышленность». — 1980. — № 4;

Большаков В.Д., Васильев В.П., Голубев А.Н., Деймлих Ф.
Радиогеодезические и электрооптические измерения. – М.:Недра,1985.

Лобачев В.М. Радиоэлектронная геодезия. — М.,Недра,1980.

Модуляция и отклонение оптического излучения. — М., 1987;

Мустель Е.Р., Парыгин В.Н., Методы модуляции и сканирования света. — М.,
1980;

Проворов К.А., Носков Ф.П. Радиогеодезия. — М.: Недра,1983.

Рытов С.М., Модулированные колебания и волны // Журнал Физического
института АН СССР. — 1980, т. 2, № 1;

Фабелинский И.Л. Как изучаются быстропротекающие процессы, // Природа. —
1993. — № 3.

PAGE

PAGE 10

Похожие записи