5.4. Дисперсионный метод

Этот метод используют тогда, когда электромагнитные волны испытывают дисперсию. В этом случае, выполнив измерения на двух частотах, можно определить среднеинтегральный по трассе показатель преломления, а, следовательно, перейти от длины оп­тического (электрического) пути к геометрической длине. Тропос­фера является диспергирующей средой для световых волн. Дис­персионный способ реализуют двухволновые светодалъномеры-рефрактометры [2]. Ионосфера является диспергирующей сре­дой для радиоволн. Дисперсионный способ реализуют двухволно­вые спутниковые приемники ОР8. Спутник излучает, а приемник принимает сигнал на двух несущих колебаниях 1^=1575,42Мщ и 1,₂=1227,60 Мгц. Подставив эти значения в формулу (5.18) для ионосферной задержки, можно получить разность электрических путей:

В этой формуле: А_х=5 не; А₃=14 часов местного времени;

(5.21)

Выразив отсюда ТЕС, получим:

66

67

Геотрон и ка

Геодезическая интерферометрия

(5.22)

Подставив сюда численные значения, получим:

ТЕС = Л5 0,0492229, (5.23)

где ТЕС выражена в единицах на 10¹⁶ электронов на кубичес­кий метр. Подставив это выражение в (5.18), можно вычислить задержку в ионосфере.

Таков принцип определения ионосферной задержки с ис­пользованием разности результатов измерения расстояний р_хи р₂ до спутника, полученных на несущих частотах Ь_г и Ь₂. В спут­никовых системах ионосферную задержку не определяют, а ис­ключают. Для этого формируют не разность, а линейную ком­бинацию р₁₂ результатов измерения расстояний на двух несу­щих частотах [6]:

Я^=р1-4-р2- (5.24)

Вычисленное таким образом расстояние свободно от влия­ния ионосферы.

68

6. Геодезическая интерферометрия

Интерференционный метод измерений состоит в регистра­ции результата интерференции смодулированных электромаг­нитных волн, возникающей при их взаимодействии. Под тер­мином взаимодействие понимают сложение (аддитивная обра­ботка) или перемножение (корреляционная обработка) колеба­ний с последующим осреднением результата во времени. Уст­ройства, реализующие этот метод, называют интерферометра­ми. Существуют оптические интерферометры и радиоинтерфе­рометры. Применяют их как для измерения угловых величин, так и для линейных измерений. Звездный интерферометр Май­ке льсона и интерферометр интенсивности Брауна и Твисса [13] предназначены для измерения угловых диаметров звезд с ис­пользованием соответственно аддитивной и корреляционной обработки сигнала, то есть света звезд. В обоих случаях оцени­вали степень когерентности сигналов. Интерферометры, пред­назначенные для измерения линейных величин — расстояний, разностей расстояний, перемещений — широко используют в измерительной технике вообще и в геодезических измерениях

II в частности. Оптические интерферометры используют для из­мерения расстояний в десятки и сотни метров с ошибкой не бо-I лее 0,01 мм. Радиоинтерферометры в совокупности со спутни­ковыми лазерными дальномерами используют для создания и поддержания глобальной геодезической сети.

6-1. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ КАК МЕРА КОГЕРЕНТНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ

При сложении двух когерентных или частично когерентных волн одинаковой поляризации происходит их интерференция, то есть взаимное усиление в одних точках экрана, на который они падают, и ослабление в других точках в зависимости от разности

69

Геотрон и ка

Геодезическая интерферометрия

индекса, то пройденное зеркалом М₂ расстояние можно опре­делить по формуле 2>=АЧ/2, где 1 — длина волны света. Из-за малости длины волны, порядка одного микрометра, число Л' велико. При смещении на 1 метр оно имеет порядок миллиона. Визуально просчитать такое число невозможно. Применяют фотоэлектрический метод: вместо экрана устанавливают при­емник света и подключенный к нему счетчик. Таким образом, регистрация сводится к счету интерференционных полос при перемещении зеркала М₂ на всю длину измеряемой дистанции. Такой интерферометр получил название интерферометр пере-

В методе оптического умножения длины регистрация со­стоит в констатации факта наличия или отсутствия интерфе­ренционной картины. При этом стремятся добиться именно наличия интерференционной картины. Интерферометр, реали­зующий метод оптического умножения длины, содержит источ­ник белого света, то есть источник широкополосного излуче­ния, с длиной когерентности 2-3 мкм — лампу накаливания. Интерференционная картина наблюдается в том и только в том случае, когда оптические длины опорного и дистанционного каналов равны. Длину опорного канала фиксируют эталоном -жезлом из плавленого кварца. Зеркало М₂ предварительно ус­танавливают в нужное положение. Затем, перемещая его мик-рометренным винтом, добиваются появления интерференцион­ной картины. Тем самым откладывают длину эталона в дистан­ционном канале. На подобном принципе работает интерферо­метр Вяйсяля. В этом интерферометре опорный сигнал испы­тывает несколько отражений, проходя тем самым опорный ка­нал многократно. Таким образом, если длина опорного канала равна /, а опорный сигнал прошел его п раз, то длина дистанци­онного канала станет равной Ьп. Полученные такого рода ин­терферометрами прецизионные базисы используют для иссле­дования и эталонирования высокоточных светодальномеров. Значительно меньше усилий требует создание интерференци­онных компараторов длиной 24 метра. Именно такова длина инварных проволок, используемых в высокоточных и точных линейных измерениях и исследуемых на компараторах на пред­мет определения длины (уравнения) проволок. Правда, такие проволоки используют гораздо реже, чем ранее. Компараторы не только короче базисов. Их создают в спокойных лаборатор­ных условиях — в метрологических лабораториях. Интерфе-

72

_I

эенционные базисы и компараторы используют для метроло­гического обеспечения линейных измерений. Они являются зве­ном в метрологической цепочке при передаче длины эталона метра на рабочие эталоны.