Требуемые параметры технологического приемника сигналов ротационного лазерного нивелира

Рассмотрены выражения, позволяющие вычислить требуемые частоту дискретизации и пропускную способность приемника исходя из параметров используемого нивелира.

Ключевые слова: ротационный лазерный нивелир, лазерный приемник, частота дискретизации, пропускная способность.

Приемник сигналов ротационного лазерного нивелира содержит до нескольких десятков одинаковых приемных каналов [1, 2] (рис 1).

Рис. 1. Структурная схема технологического приемника сигналов ротационного лазерного нивелира

Формирователи преобразуют аналоговые сигналы в двухуровневые логические. Выходные сигналы каналов обрабатываются далее в цифровой части приемника. В настоящее время для исследования помеховой обстановки [3] и совершенствования алгоритмов обработки создан и исследуется технологический приемник. Он передает через интерфейс всю информацию, содержащуюся в сигналах каналов и этим он отличается от приемников для пользователей, передающих только измеренное ими значение вертикального смещения. Данная статья обосновывает требования к частоте дискретизации и пропускной способности технологического приемника.

Используя известное гауссовское приближение интенсивности света в луче лазера с помощью преобразования Фурье [4] можно показать, что справедливо выражение для расчета верхней частоты входного оптического сигнала как функции расстояния :

а также приближенные асимптотические формулы:

, ,

, ,

где — расстояние от нивелира до приемника, м;

— диаметр луча лазера, м;

— угол расхождения луча, рад;

— длина волны лазера, м;

— фактор качества луча (реалистичное значение около 2).

Так как функция

.

Для ввода всей возможной информации частота дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова должна быть:

.

При каналах в приемник за каждый период дискретизации будет поступать бит данных. Поэтому требуемая пропускная способность далее на всех этапах цифровой обработки должна быть не менее (без учета затрат на реализацию протоколов):

Примеры параметров технологического приемника для двух частных случаев приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры технологического приемника

Приемник по варианту 1 близок к минимально допустимому, в настоящее время реализован и исследуется в виде лабораторного прототипа [3]. Вариант 2 планируется к реализации и для него потребуется полная замена цифровой части приемника на более производительную.

Таким образом, требуемая частота дискретизации технологического приемника прямо пропорциональна частоте вращения луча нивелира и диаметру луча и обратно пропорциональна длине волны лазера. Требуемая пропускная способность так же зависит от параметров нивелира и кроме того прямо пропорциональна количеству каналов приемника.

Литература:

1. Zang Y. et al. Optimization Design and Experimental Testing of a Laser Receiver for Use in a Laser Levelling Control System // Electronics. — 2020. — Т. 9. — №. 3. — С. 536. — URL: https://www.mdpi.com/2079–9292/9/3/536 (дата обращения: 01.11.2023).
2. Владимиров И. М. Параметры ротационного лазерного нивелира // Молодой ученый. — 2021. — № 48 (390). — С. 14–15. — URL: https://moluch.ru/archive/390/85887/ (дата обращения: 01.11.2023).
3. Невзоров И. А. Оценка влияния помех от передатчиков инфракрасного дистанционного управления на приемник сигналов ротационного лазерного нивелира // Молодой ученый. — 2023. — № 44 (491). — URL: https://moluch.ru/archive/491/107274/ (дата обращения: 04.11.2023).
4. Татаринов В. Н., Татаринов С. В. Спектры и анализ. Учебное пособие // Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012. — 324 с.