Доплеровские методы и аппараты, основанные на них

Основные принципы доплерографии

Доплеровские методы и аппараты, основанные на них

Введение

 В последние годы возможности ультразвукового оборудования по визуализации потока (движущихся жидких сред) существенно расширились.

Комплексы цветного представления теперь являются неотъемлемой частью большинства сканеров, а такие режимы, как Тканевый (TDI) или Энергетический Допплер (Power)  обеспечивают новые возможности для визуализации исследуемых объектов на основе оборудования самых различных классов.

При такой универсальности  Допплеровских режимов на из основе неизбежно возникают методики для решения более требовательных задач и выполнения гораздо более точных измерений, например при исследовании кровообращения матери и развивающегося плода.

Тем не менее, чтобы избежать неправильной интерпретации результатов, специалистам по ультразвуковой диагностике необходимо знать обо всех факторах, которые могут повлиять на допплеровский сигнал, будь то цветное изображение потока или допплероваская сонограмма.

Грамотное, компетентное применение методов ультразвуковой допплерографии подразумевает понимание трех ключевых аспектов:

  1. Возможности и технические ограничения допплерографии;
  2. Различные параметры, от которых зависит визуализация в допплеровских режимах
  3. Физиологические основы и особенности кровотока в артериях и венах.

Далее будет описано, как эти аспекты способствуют повышению качества визуализации в допплерографии. В тексте также приводятся базовые рекомендации по повышению качества визуализации в различных режимах представления движущихся сред. 

Основные принципы допплерографии

Ультразвуковое изображение, как в цветном допплеровском картировании, так и в спектральном допплеровском режиме, получают на основе измерений скорости и направления движения различных частиц. Чтобы зафиксировать движение крови или других сред, ультразвуковые сканеры передают в ткани серию импульсов.

Возвращающиеся к датчику сигналы от неподвижного субстрата существенно не отличаются друг от друга в пределах одной серии импульсов.

Сигналы, отраженные от  движущихся частиц (как правило – это клетки крови) система получает с  незначительной разницей во времени для каждого импульса по сравнению с предыдущим в пределах серии (рисунок 1).

Эта разница может быть рассчитана непосредственно как временной, или чаще фазовый сдвиг, на основе которого в дальнейшем получают “допплеровскую частоту” (рисунок 2).

Эти данные обрабатываются для получения цветного изображения кровотока или доплеровской сонограммы.

Рисунок 1: Измерение скорости ультразвука. На схеме показана частица S, движущаяся со скоростью V под углом Ɵ к ультразвуковому лучу. Скорость может быть рассчитана по разнице во времени между передачей и приемом первого (t1) и второго (t2) лучей, вызванной перемещением частицы в области распространения луча.

Рисунок 2: Принцип допплерографии основан на измерении скорости движения частиц в области распространения луча по изменению Допплеровского фазового сдвига получаемого сигнала. Результирующая Допплеровская частота fd может быть использована для измерения скорости V, если известен угол Ɵ между УЗ лучем и потоком.

Как видно из рисунков 1 и 2, для возникновения фазового сдвига необходимо движение в направлении распространения луча; если поток движется перпендикулярно, относительное смещение частиц зафиксировать будет невозможно.

Возвращаясь к математическому представлению процесса напомним, что Cos 90 и 270  равен 0, поэтому, при размещении датчика перпендикулярно к кровотоку мы не получим какого-либо отличного от 0 значения допплеровской частоты.

 Амплитуда допплеровского сигнала зависит от нескольких аспектов:

  1. Скорость кровотока: с увеличением скорости кровотока V повыщается и  допплеровская частота fd.
  2. Частота ультразвука: Более высокая частота позволяет получить большую  допплеровскую частоту. Как и в B-режиме, более низкая частота имеет большую проникающую способность.
  3. Выбор частоты – это определение баланса между более высокой чувствительности к потоку или лучшей проникающей способностью;
  4. Угол инсонации (“облучения” звуком) влияет на допплеровскую частоту. Она повышается по мере выравнивания ультразвукового луча относительно направления потока (угол Ɵ между лучом и направлением потока становится меньше). Это имеет огромное значение при использовании допплерографии. Принцип схематически изображен на рисунке 3.

 Рисунок 3:Влияние угла допплера на вид сонограммы. (А) Чем больше направление УЗ луча соответствует потоку, тем выше  допплеровская частота.

На диаграмме луч (А) совмещен с кровотоком в большей степени, чем (B), при обработке его отражения мы получаем допплеровский сигнал с более высокой частотой. Угол между УЗ-лучем и направлением кровотока (С) близок к 90°, из-за чего допплеровский сигнал очень слаб.

Кровоток на диаграмме (D) движется в противоположном относительно луча направлении, следовательно, амплитуда сигнала имеет отрицательное значение.

Все виды допплеровского ультразвукового оборудования используют фильтры чтобы исключить из итоговой диаграммы большие амплитуды низкочастотных допплеровских сигналов, получаемых при движении тканей, например, при движении стенок сосудов.

Рабочая частота фильтра в большинстве случаев может быть изменена/задана пользователем (через панель Preset-настроек или при оптимизации изображения с помощью регуляторов суб-панелей), например, для исключения из сонограммы сигналов ниже 50, 100 или 200 Гц.

Этот частотный фильтр ограничивает минимальные регистрируемые скорости движения субстрата (взвеси, кровотока).

Непрерывный  (постоянный) Допплер CW (Continious Wave) и Импульсный Допплер PW (Pulsed Wave)

Как следует из названия, сканер при работе в Непрерывном Допплеровском режиме  использует непрерывную (одновременную) передачу и прием ультразвука. Система формирует допплеровский сдвиг фаз на основе сигналов, получаемых от  всех сосудов на пути ультразвукового луча (до тех пор, пока луч не будет достаточно ослаблен из-за глубины проникновения).

В режиме непрерывного допплера невозможно определить конкретное местоположение точек со значениями скорости (т.е. невозможно построить градиент скоростей). Следовательно, данный режим не может быть использован для получения цветного двумерного изображения.

В настоящий момент широкое распространение получили относительно недорогие системы допплерографии (УЗИ сканеры, укомплектованные соответствующими платами и пакетами прикладных программ), которые с помощью датчиков, предназначенных для подобных исследований выводят допплеровскую развертку, не используя двумерные изображения В-режима.

Непрерывный допплер также используется в кардиологии (при исследовании взрослых пациентов) для измерения высоких скоростей кровотока в аорте.

Допплерография в целом и акушерские ультразвуковые исследования в частности  также использует режим Импульсного Допплера, который позволяет проводить измерения глубины (или диапазона) участка потока.

Кроме того, границы контрольного объема (или измерительных ворот) могут быть изменены.

Импульсно-волновой  допплероский режим используется как для построения доплеровских сонограмм, так и для формирования цветных изображений на основе двумерного представления B-режима.

 Искажение

Ключевой недостаток импульсной допплерографии – физические ограничения процесса. Импульсы передаются на определенной частоте дискретизации (частота повторения импульсов), максимально допустимая допплеровская частота ƒd, поддающаяся измерению, равна половине частоты дискретизации.

Если скорость кровотока и угол между лучем и направлением движения жидкости измеряются совокупно для получения ƒd Допплеровской частоты больше половины частоты дискретизации, могут появиться искажения доплеровского сигнала.

Аналогичный эффект наблюдается в видеозаписях, где из-за низкой частоты смены кадров fps визуализация движения колес искажается, вследствие чего складывается впечатление, что колеса движутся в обратном направлении.

Рисунок 4: Искажения цветного доплеровского изображения и цветовые артефакты. На цветном изображении присутствуют области с искажениями кровотока (отмечены желтыми стрелками).

Рисунок 5: Снижение усиления по цвету и повышение частоты повторения импульсов.

Рисунок 6 (a, b): Пример наложения спектров и коррекция изображения. (a) Искаженная осциллограмма с резким прерыванием систолического пика и его отображением ниже базового уровня. (b) Чистая сонограмма без искажения. Для коррекции: увеличена частота дискретизации и скорректирована базовая линия.

 Частота повторения импульсов ограничена диапазоном контрольного объема.

Временной интервал между импульсами дискретизации должен быть достаточным для получения обратного пути импульса: от датчика к движущимся частицам и обратно.

Если второй импульс отправлен до получения “ответа”, датчик физически не распознает различий между отраженными сигналами первого и второго импульсов, в следствие чего и возникает неоднозначность (искажение изображения).

При увеличении глубины исследования увеличивается и время импульса (временной интервал между отправкой сигнала и получением ответа), соответственно, снижается частота повторения импульсов. В результате максимальная Допплеровская частота ƒd понижается с глубиной.

Рисунок 7 (a, b): Цветное допплеровское картирование: влияние частоты повторения импульсов или масштаба цветовой шкалы. а. Установленная низкая частота повторения импульсов, то есть неверный масштаб (отмечен желтой стрелкой).

На изображении присутствуют искажения и посторонний шум в пределах контрольного объема пупочной артерии и вены. b. Частота повторения импульсов установлена корректно – масштаб шкалы верный.

Цветное изображение показывает артерии и вены четко и без артефактов.

Источник: https://ersplus.ru/stati/uzi/printsip-doplera

Эффект Доплера для чайников: суть явления, применение, формула

Доплеровские методы и аппараты, основанные на них

Эффект Доплера – важнейшее явление в физике волн. Прежде чем перейти напрямую к сути вопроса, немного вводной теории.

Колебание – в той или иной степени повторяющийся процесс изменения состояния системы около положения равновесия.

Волна — это колебание, которое способно удаляться от места своего возникновения, распространяясь в среде. Волны характеризуются амплитудой, длиной и частотой.

Звук, который мы слышим — это волна, т.е. механические колебания частиц воздуха, распространяющиеся от источника звука.

Вооружившись сведениями о волнах, перейдем к эффекту Доплера. А если хотите узнать больше о колебаниях, волнах и резонансе — добро пожаловать в отдельную статью нашего блога.

Суть эффекта Доплера

Самый популярный и простой пример, объясняющий суть эффекта Доплера – неподвижный наблюдатель и машина с сиреной. Допустим, вы стоите на остановке. К вам по улице движется карета скорой помощи со включенной сиреной. Частота звука, которую вы будете слышать по мере приближения машины, не одинакова.

Сначала звук будет более высокой частоты, когда машина поравняется с остановкой. Вы услышите истинную частоту звука сирены, а по мере удаления частота звука будет понижаться. Это и есть эффект Доплера.

Эффект Доплера

Частота и длина волны излучения, воспринимаемого наблюдателем, изменяется вследствие движения источника излучения.

Если у Кэпа спросят, кто открыл эффект Доплера, он не задумываясь ответит, что это сделал Доплер. И будет прав.

Данное явление, теоретически обоснованное в 1842 году австрийским физиком Кристианом Доплером, было впоследствии названо его именем.

Сам Доплер вывел свою теорию, наблюдая за кругами на воде и предположив, что наблюдения можно обобщить для всех волн. Экспериментально подтвердить эффект Доплера для звука и света удалось позднее.

Выше мы рассмотрели пример Эффект Доплера для звуковых волн. Однако эффект Доплера справедлив не только для звука. Различают:

  • Акустический эффект Доплера;
  • Оптический эффект Доплера;
  • Эффект Доплера для электромагнитных волн;
  • Релятивистский эффект Доплера.

Именно эксперименты со звуковыми волнами помогли дать первое экспериментальное подтверждение этому эффекту.

Экспериментальное подтверждение эффекта Доплера

Подтверждением правильности рассуждений Кристиана Доплера связано с одним из интересных и необычных физических экспериментов.

В 1845 году метеоролог из Голландии Христиан Баллот взял мощный локомотив и оркестр, состоящий из музыкантов с абсолютным слухом.

Часть музыкантов – это были трубачи – ехали на открытой площадке поезда и постоянно тянули одну и ту же ноту. Допустим, это была ля второй октавы.

Другие музыканты находились на станции и слушали, что играют их коллеги. Абсолютный слух всех участников эксперимента сводил вероятность ошибки к минимуму. Эксперимент длился два дня, все устали, было сожжено много угля, но результаты того стоили. Оказалось, что высота звука действительно зависит от относительной скорости источника или наблюдателя (слушателя).

Первые эксперименты по подтверждению эффекта Доплера

Применение эффекта Доплера

Одно из наиболее широко известных применений – определение скорости движения объектов при помощи датчиков скорости. Радиосигналы, посылаемые радаром, отражаются от машин и возвращаются обратно. При этом, смещение частоты, с которой сигналы возвращаются, имеет непосредственную связь со скоростью машины. Сопоставляя скорость и изменение частоты, можно вычислять скорость.

Эффект Доплера широко применяется в медицине. На нем основано действие приборов ультразвуковой диагностики. Существует отдельная методика в УЗИ, называемая доплерографией.

Эффект Доплера также используют в оптике, акустике, радиоэлектронике, астрономии, радиолокации.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Открытие эффекта Доплера сыграло важную роль в ходе становления современной физики. Одно из подтверждений теории Большого взрыва основывается на этом эффекте. Как связаны эффект Доплера и Большой взрыв? Согласно теории Большого взрыва, Вселенная расширяется.

При наблюдении удаленных галактик наблюдается красное смещение – сдвиг спектральных линий в красную сторону спектра. Объясняя красное смещение при помощи эффекта Доплера, можно сделать вывод, согласующийся с теорией: галактики удаляются друг от друга, Вселенная расширяется.

Красное и синее смещение при приближении и отдалении объектов

Формула для эффекта Доплера

Когда теорию эффекта Доплера подвергали критике, одним из аргументов оппонентов ученого был факт, что теория помещалась всего на восьми листах, а вывод формулы эффекта Доплера не содержал громоздких математических выкладок. На наш взгляд, это только плюс!

Пусть u – скорость приемника относительно среды, v – скорость источника волн относительно среды, с  – скорость распространения волн в среде, w0 – частота волн источника. Тогда формула эффекта Доплера в самом общем случае будет выглядеть так:

Здесь w – частота, которую будет фиксировать приемник.

Релятивистский эффект Доплера

В отличие от классического эффекта Доплера при распространении электромагнитных волн в вакууме для расчета эффекта Доплера следует применять СТО и учитывать релятивистское замедление времени.

Пусть света – с, v – скорость источника относительно приемника, тета – угол между направлением на источник и вектором скорости, связанным с системой отсчета приемника.

Тогда формула для релятивистского эффекта Доплера будет иметь вид:

Сегодня мы рассказали о важнейшем эффекте нашего мира – эффекте Доплера. Хотите научиться решать задачи на эффект Доплера быстро и легко? Спросите у специалистов студенческого сервиса, и они охотно поделятся своим опытом! А в конце – еще немного про теорию Большого взрыва и эффект Доплера.

Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/effekt-doplera-dlya-chajnikov-sut-yavleniya-primenenie/

Допплер-ультразвуковое исследование

Доплеровские методы и аппараты, основанные на них

Допплерография – это современный высокоинформативный метод ультразвуковой диагностики заболеваний сосудов, основанный на использовании эффекта Доплера. Целью УЗДГ является определение объема и скорости кровотока, а так же наличия препятствий для него.

Из истории метода

Изменение (или сдвиг) частоты и длины звуковых и ультразвуковых волн, отражающихся от подвижных объектов относительно неподвижного регистратора, называется эффектом Доплера.

Сдвиг частоты прямо пропорционален скорости движущихся объектов. Движение, направленное в сторону датчика, проявляется увеличением частоты, движение от датчика – снижением. Явление было названо в честь австрийского ученого-физика К.

Доплера (К.Doppler), впервые описавшего его в 1842 г.

В медицинской диагностике эффект Доплера применяется с ультразвуковым и с лазерным излучением, но более широкое распространение получили ультразвуковые методы.

Первые сообщения об использовании эффекта Доплера в медицине относятся к  1956 году, когда впервые был проведен анализ скорости кровотока на основе отражения звуковых волн от эритроцитов.

Вначале использовались простейшие приборы с непрерывным излучением, которые выдавали информацию в виде звуковых сигналов через встроенные динамики.

В ходе дальнейшего усовершенствования элементарной базы достигались все новые уровни технических решений:

  • в 1966 г разработаны допплеровские системы с выделением направления,
  • в 1967 – импульсные системы,
  • 1971 г – допплеровская визуализация,
  • 1974 г – дуплексные системы эхо-импульсного типа,
  • 1979-82 – цветовое допплеровское картирование (ЦДК или CFM) в режиме реального времени,
  • 1994 г – допплеровская тканевая визуализация (энергетический допплер).

Суть метода допплерографии

Допплерография – это метод УЗИ диагностики, основанный на эффекте Доплера: изменение частоты УЗ-волн, отраженных от движущихся эритроцитов. Допплеровский сдвиг  частоты позволяет судить о скорости и направлении кровотока.

В результате передачи серии ультразвуковых импульсов в ткани на экране монитора получают график, демонстрирующий изменение скорости кровотока с течением времени на заданной глубине (допплеровский спектр или частотный спектр эхо-сигналов, поступающих от кровотока).

Такой спектральный (или импульсный) режим позволяет на основе оценки кровотока вычислить ряд важных параметров. Метод УЗ-допплерографии (или «слепой допплер») позволяет оценить лишь одну функцию – проходимость сосуда, на основе графика кровотока. Поскольку отсутствует визуализация сосудов, нельзя уточнить причину выявленного нарушения его проходимости.

Моно режим УЗДГ считается устаревшим. Это был первый этап развития УЗ-допплерографии, когда исследователю приходилось на глаз выставлять глубину сканирования в предполагаемом местонахождении сосуда. Графический спектр кровотока получался в слепую, без визуального подтверждения, откуда он получен.

Усовершенствованный и более информативный метод – дуплексное ультразвуковое сканирования (УЗДС). Современный УЗИ-сканер выполняет одновременно две функции (дуплекс):

  1. анатомическое исследование сосудов,
  2. качественное и количественное исследование кровотока.

УЗДС дает информацию о состоянии сосуда и окружающих тканей в В-режиме (серый спектр) и позволяет оценить гемодинамические явления с использованием эффекта Доплера.

Дуплексное сканирование отображает сосуд в двух плоскостях – вдоль и поперек. Двухмерная визуализация сосудов позволяет оценивать их проходимость и причины ее нарушения (стеноз, наличие тромбов и бляшек, извитость хода, аномалии развития), а так же скорость и направление кровотока.

Технологический режим, при котором дуплексное сканирование проходит с использованием цветного допплеровского картирования, называется триплексным сканированием. Цветовой режим дает информацию о качественном состоянии кровотока, его характере (равномерный или  турбулентный, с множественными завихрениями), а спектральный режим – количественную, или информацию о скорости кровотока.

Цветовой режим дает более точную оценку проходимости сосудов. Исследуется состояние как венозных, так и артериальных сосудов. Красный цвет на мониторе показывает кровоток, направленный в сторону датчика, синий – направление кровотока от датчика.

В режиме триплексного сканирования способен работать любой стационарный сканер среднего или экспертного класса, произведенный ведущими мировыми фирмами в течение последних 10 лет.

Преимущество метода

УЗ-допплерография, позволяющая проводить наблюдения в режиме реального времени, является неинвазивным и безопасным методом исследования параметров циркуляции крови и состояния сосудов. Преимущество УЗДГ в том, что он позволяет получить результат безболезненно и без побочных эффектов для пациента, без лучевой нагрузки и практически без прямых противопоказаний. Его можно применять и у детей.

Допплерография исследует так же скорость сокращения сердечной мышцы и движения сердечных клапанов. В отличие от ангиографии, метод УЗДГ совершенно безвреден, поскольку не нуждается во введении контрастных веществ.

Преимущества допплерографии особенно очевидны в акушерской практике. Метод позволяет изучать состояние кровотока плода, маточных артерий и пуповины, а так же регистрировать ЧСС плода.

Дуплексное сканирование широко используется в сосудистой хирургии.

Метод способствует ранней диагностике заболеваний и предупреждению развития осложнений. Может выполняться повторно неоднократно, что может быть необходимо для оценки динамики заболевания на фоне терапии.

Источник: http://www.rumex.ru/information/Doppler-ultrazvukovoe-issledovanie-97

Дифференциальный доплеровский метод

Доплеровские методы и аппараты, основанные на них

Дифференциальный (радиально-скоростной) доплеровский метод основан на измерении мгновенных значений частоты Доплера с некоторой заданной дискретностью в течение времени нахождения спутника в радиовидимости потребителя. Каждое измеренное значение частоты Доплера однозначно определяет скорость изменения расстояния «спутник- потребитель» на момент измерения.

Таким образом, измеряемым радионавигационным параметром в данном методе является частота Доплера fд, а навигационным параметром – радиальная скорость Vr (скорость изменения расстояния «спутник – потребитель» на момент измерения).

Навигационный параметр связан с измеряемым аппаратурой радионавигационным параметром зависимостью

Vr = -fд с/ fИ.

Как известно, каждому значению НП в трехмерном пространстве соответствует вполне конкретная поверхность, получившая наименование поверхности положения; по форме она представляет некоторую геометрическую фигуру. Параметры (основные размерности) этой фигуры определяются конкретным значением навигационного параметра. В любой точке поверхности положения выполняется равенство НП = const.

Линия пересечения поверхности положения с земной поверхностью получила наименование линии положения.

Поверхностью положения в данном методе является конус вращения (рис. 4.7), вершина которого находится в точке нахождения спутника в момент измерения fд, ось совпадает с вектором Vρ, аобразующей конуса является линия «спутник-потребитель». Уравнением этой поверхности будет выражение γ = const.

При движении спутника по орбите над радиогоризонтом потребителя fд непрерывно изменяется, следовательно, будет непрерывно изменяться и форма поверхности положения – конуса вращения. Он сначала будет разворачиваться и превратится в плоскость в момент кульминации (fд = 0 – Vr = 0) и далее до

Рис. 4.7

захода начнет сворачиваться в другую сторону, так как угол γ > 900, и он будет расти.

Линией положения, линией равных значений частоты Доплера fд = const, образуемой в результате пересечения поверхности положения (конуса) с поверхностью Земли, является замкнутая кривая довольно сложной формы, получившая наименование изодопы. Изодопа симметрична относительно трассы спутника.

Последовательные измерения частоты Доплера fдi c некоторой временной дискретностью позволяют получить несколько линий положения (ЛП), которые пересекаются после приведения к одному моменту в двух точках по разные стороны трассы НИСЗ. Двузначность в определении места потребителя разрешается по счислимым координатам, вводимым в приемоиндикатор.

Во время движения спутника по орбите от восхода над радиогоризонтом потребителя до захода fд непрерывно изменяется:

при γ = 00 fд = fд max = fИ Vρ /c;

при γ = 900 (момент кульминации НИСЗ) fд = 0;

при γ = 1800 fд = -fд max = -fИ Vρ /c.

График зависимости fд от времени t, а точнее от положения спутника относительно наблюдателя, приведен на рис. 4.8.

Крутизна кривой характеризует скорость изменения частоты Доплера в момент траверза, причем он тем больше, чем ближе корабль к плоскости орбиты НИСЗ (чем больше высота кульминации hк или h┴). Для НИСЗ СНС типа «Цикада», имеющих Н = 1000 км, VC = 7,35 км/с, fИ = 400 МГц частота Доплера будет изменяться от +10 до –10 кГц. Она равна нулю в момент кульминации спутника.

Процесс измерений частоты Доплера при реализации данного метода может быть сведен к непосредственному измерению частоты сигнала, поступающего на вход приемника. Однако практически такие измерения с быстроперемещающимся НИСЗ на частотах в сотни мегагерц производить затруднительно.

Технически проще и точнее производить измерения частоты Доплера


Рис. 4.8

путем выделения частоты биений (разностной частоты), сравнивая частоты принятого и опорного f0 сигналов.Опорный сигнал формируется высокостабильным опорным генератором аппаратуры потребителя. Тогда можно записать

fД = fП – f0 = fБ.

Поскольку частоты fИ и опорная частота f0 могут иметь постоянный или нарастающий во время измерения сдвиг частот δf, обусловленный нестабильностью генераторов НИСЗ и аппаратуры потребителя, выражение частоты Доплера примет вид

fд = Fд = – fИ Vρ cos γ /c + δf,

где δf – систематическая погрешность, которая, оставаясь в пределах одного навигационного сеанса величиной практически постоянной, от сеанса к сеансу изменяется в широких пределах случайным образом.

Дифференциальный или радиально-скоростной метод определения координат места в традиционной навигации по наземным ориентирам не использовался: он появился с появлением спутниковой навигации. Он применялся для определения координат потребителя только в первых образцах корабельных приемоиндикаторов типа «Штырь» низкоорбитальной СНС.

В аппаратуре потребителей современных СНС типа ГЛОНАСС данный метод используется для определения вектора путевой скорости движения потребителя.

Через измерение доплеровской частоты определяется радиальная скорость, скорость изменения расстояния между спутником и антенной потребителя на момент измерения. Скорость движения НИСЗ на околоземной орбите точно известна на момент измерения РНП.

В состав эфемеридной информации 1-го рода входят скорости изменения геоцентрических прямоугольных координат НИСЗ. Таким образом, можно рассчитать составляющую путевой скорости потребителя по азимуту «потребитель – спутник».

Определив три или более составляющих по различным азимутам на три или более спутника, рассчитывается полный вектор путевой скорости потребителя: скорость и путевой угол движения потребителя относительно земной поверхности.

Точности, соизмеримой с точностью гидроакустических абсолютных лагов, в определении скорости здесь достичь трудно, так как в основу расчетов берется каждое мгновенное измерение доплеровской частоты.

Случайные погрешности, присущие каждому измерению, не сглаживаются, а они могут существенно различаться.

В настоящее время приемоиндикаторы позволяют определять значение вектора путевой скорости с предельной погрешностью 0,1 узла.

Практически для определения вектора путевой скорости потребителя в аппаратуре потребителя используют дифференциальный доплеровский метод и его модификации, получившие наименования квазидоплеровского и разностно-доплеровкого методов.

Дифференциальный доплеровский метод требует решения системы уравнений вида

VDi = Di = D-1[(xi – xП)( xi – xП) + (yi – yП)( yi – yП) + (zi – zП)( zi – zП)].

Для нахождения трех составляющих вектора путевой скорости потребителя необходимо произвести измерения не менее чем по сигналам трех НИСЗ (i = 1, 2, 3).

Квазидоплеровский метод дает оценку радиальной скорости:

Vri = VDi + ∆Vrfi,

где ∆Vfi – погрешность радиальной скорости, обусловленная погрешностью из-за различной стабильности выработки частот опорными генераторами спутника и приемоиндикатора ∆fi. Она оценивается по результатам измерений и учитывается в виде поправки.

Для вычисления вектора путевой скорости потребителя необходимо произвести измерения по сигналам четырех спутников (i = 1, 2, 3, 4).

Разностно-доплеровский метод позволяет избавиться от неизвестной погрешности ∆fi, а следовательно, и от погрешности радиальной скорости, вызываемой ∆fi. Исключение погрешности производится при решении уравнений вида

∆Vrfi = VDj – VDi, j = 2, 3, 4.

Этот метод требует измерений по сигналам четырех спутников для определения вектора путевой скорости потребителя.

Как видно для формирования и решения систем уравнений с целью определения вектора путевой скорости потребителя в вышеуказанных методах используются измерения частоты Доплера по сигналам трех или четырех спутников.

.

Источник: https://mylektsii.ru/14-45045.html

Books-med
Добавить комментарий