книги из ГПНТБ / Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие

болическая. Наибольшая ошибка определения положения пункта составляет 16 км. Система Делрак может обслуживать значительную территорию. 21 пара станций (в каждой паре — одна ведущая и одна отражающая), работающих по этому способу, может обслу­ жить в навигационных целях всю земную поверхность. Наиболее точным вариантом системы Декка, предназначенным для гидро­ графических съемок, является система Хай-Фикс. Система работает в полосе частот 1,6—2,4 МГц и может использоваться как в варианте

ошибка определения около 1 м. Транзисторный вариант этой системы

создан ряд высокоточных радиогеодезических систем. К ним отно­ сится разработанная фирмой «Теллурометр» система Аэродист, предназначенная для измерения расстояний до 200 км с ошибкой около 1 : 100 000. Система состоит из ведущей станции, устанавли­ ваемой на самолете или вертолете, и двух или трех наземных ведомых станций. Каждая наземная станция работает на собственной частоте, отличающейся на 33 МГц от несущей частоты ведущей станции. На ведущей станции имеется трехканальное регистрирующее устрой­

и другие данные. Можно применять также счетчик, пробивку на перфоленту, запись на магнитную ленту. Диапазон несущих частот 1,2—1,5 ГГц; основная частота модуляции около 1,5 МГц.

Для гидрографических работ сконструирована аналогичная си­ стема Гидродист. Подвижная станция здесь может устанавливаться на объектах, перемещающихся со скоростью до 45 км/ч. На ведущей станции антенна отделена от станции и может вращаться до полу­ чения сигнала максимальной мощности. Измерение расстояний системой Гидродист выполняют также в комбинации с измерением горизонтальных и вертикальных углов теодолитами, установленными на концах базиса (так называемая система ABC). На этих же точках устанавливают ведущие станции, тогда как ведомую станцию, а также специальный световой маяк устанавливают на вертолете, который в момент наблюдений находится над определяемой точкой. Точность определения положения пунктов этим методом в плане

210

и по высоте составляет около 1 м. При этом производительность работ по сравнению с наземными методами повышается во много раз.

В США разработана также система Автотейп DM-40, предназна­ ченная для определения положения подвижной станции линейной засечкой (при двух ведомых станциях) с ошибкой порядка 2 м. Так же как и система Аэродист, эта система может использоваться для измерения длинных линий методом пересечения створа. Несущая частота 2,9—3,1 ГГц; ширина диаграммы направленности в гори­ зонтальной плоскости 60°. Результат измерений в метрической мере считывается с цифрового счетчика.

Для определения местоположения самолета в США имеется также система Ширан, позволяющая определять положение самолета в полете методом линейной засечки по расстояниям, последовательно измеряемым до четырех наземных станций. Результаты измерений непрерывно записываются на магнитную ленту. Дальность действия ограничивается прямой видимостью. Ошибка измерения расстояний около 4 м.

В Советском Союзе на смену средневолновой радиогеодезической системе РГСЦ в последние годы создана радиодальномерная ультра­ коротковолновая система РДС (радиодальномер самолетный). Си­

три наземные ведомые станции. Измерения можно выполнять не только с самолетов, но также и с других объектов (вертолетов, кораблей и др.). Наземные станции устанавливаются на пунктах с известными координатами. Ширина диаграммы направленности наземных станций 80°. Положение самолета определяется методом линейной засечки по двум или трем измеренным расстояниям. Си­ стема рассчитана на применение в основном при аэрофотосъемке, для определения координат центров проектирования снимков с точ­ ностью, обеспечивающей требования топографических съемок до масштаба 1 : 10 000. Она может с успехом применяться также для определения координат наземных пунктов при геофизических, гидрографических и других аналогичных работах, а также для точного измерения расстояний при связи различных триангуляции, соединении материков и островов, для создания разреженного геодезического обоснования для топографических съемок. Измерение

в моменты измерения определяют метеорологические элементы и вы­ соты. Последние измеряются или самолетным высотомером или же топографическим радиовысотомером в комплекте со статоскопом.

Самолетный радиодальномер работает в диапазоне дециметровых волн, модулированных синусоидальными колебаниями высокоста­ бильного кварцевого генератора. Сдвиг фаз измеряется на разно­ стной частоте ведущей и каждой из ведомых станций, равной 1 кГц.

методом пересечений были получены ошибки в пределах 1 м. Такая же ошибка получена при измерении расстояний при аэрофотосъемке. Положение центров фотографирования определялось с ошибкой около 3 м, что вполне обеспечивало плановую геодезическую под­ готовку для аэротопографической съемки в масштабах до 1 : 10 ООО.

Самолетный радиодальномер позволяет в течение одного сезона в процессе аэрофотосъемки произвести сплошную привязку снимков, на площади 100—150 тыс. км2 .

Г л а в а X ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ СВЕТОДАЛЬНОМЕРЫ

§32. ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА

ИДАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ СВЕТОДАЛЬНОМЕРОВ

Из всех радиоэлектронных средств, применяемых в настоящее время для измерения расстояний, наиболее точными являются светодальномеры, в которых используются электромагнитные волны видимого диапазона или излучение ближней инфракрасной области, полученное, например, при помощи ОКГ. В светодальномерах может применяться любой из рассмотренных выше методов -— импульсный, частотный или фазовый*. Точность импульсных светодальномеров оказалась невысокой, а светодальномеры частотного типа, судя по литературе, пока отсутствуют. Таким образом, существующие светодальномеры относятся к приборам фазового типа. Общио принципы измерения расстояний светодальномерами и радиодально­ мерами одинаковы. Однако устройства и принцип работы модуля­ торов фазовых детекторов, а также и других элементов в этих системах имеют существенное отличие.

Одной из особенностей светодальномеров является применение оптических элементов как в приемо-передающей системе, так и в от­ ражателях. Конструкция и качество оптических систем определяют вес и размеры светодальномеров, а также точность и дальность действия их. В современных светодальномерах применяют линзовые и смешанные зеркально-линзовые оптические системы. В системах первого типа немногочисленные зеркальные компоненты, если они имеются, играют вспомогательную роль. Примером линзовой системы может служить изображенная на рис. 111 оптическая схема светодальномера СВВ-1. В смешанных системах имеются и зеркальные, и линзовые компоненты. Примером зеркально-линзовой системы может служить оптическая система геодиметра NASM-2A (рис. 112). При небольших диаметрах оптических систем линзовые системы

* Измерения расстояний светодальномерами производятся только на ча­ стоте модуляции; приборы, использующие д л я измерения колебания несущей частоты оптического диапазона, относятся к интерферометрам.

213

равноценны или даже несколько выгоднее смешанных систем. С уве­ личением диаметра системы, что необходимо для увеличения прини­ маемого светового потока при измерениях больших расстояний, линзовые системы оказываются более тяжелыми, имеют большие размеры и потери в линзах сильно возрастают. Поэтому в больших

светодальномерах, предназначенных для измерения значительных

лучепреломляющей способностью. Выходящий из конденсора све­

измеряемой линии. При распространении этот луч дважды — в пря­ мом и обратном направлениях — проходит четвертьволновую пла-

Л

стинку —, вследствие чего происходит поворот плоскости поляри­ зации его на 90°. После второго прохождения пластинки этот луч (на рис. 113 отмечен точками) будет поляризован так же, как и отве­ денная часть прямого луча, и отклонится в сторону. С помощью

214

стеклянной призмы СП этот отклоненный пучок направляется на приемник световых сигналов.

Посланный светодальномером свет должен возвратиться по возможности с наименьшими потерями энергии. Для этого применяют специальные отражатели. Очевидно, что величина полезного отра­

отражающей площади при измерении больших расстояний достигают установкой нескольких отражателей.

Вследствие неизбежных погрешностей в изготовлении и юсти­ ровке отражателя и из-за непараллельности падающего на него пучка лучей отраженный свет распространяется внутри некоторого

телесного угла. Чем меньше этот угол, тем меньше рассеяние и тем больше световой энергии поступит в приемную оптическую систему. Достаточно малым углом рассеяния (порядка 10—15"), обладает отражатель в виде плоского зеркала, имеющий также значительный коэффициент отражения (0,8—0,9). Однако ориентирование такого отражателя необходимо выполнять с высокой точностью (не грубее 3—4"), вследствие чего плоские зеркальные отражатели почти не применяются.

На рис. 114, а показан отражатель, изготовленный из двух плоских зеркал, расположенных под углом 90°. Отражатель такого типа требует точной ориентировки только в одном направлении: необходимо, чтобы ребро двугранного угла было перпендикулярно измеряемой линии. В отражателе, изображенном на рис. 114, б, три плоских зеркала образуют трехгранный угол, грани которого расположены под углом 90°. Такой отражатель можно ориентировать с точностью в несколько десятков угловых минут. На рис. 114, в изображена схема отражателя, состоящего из сферического зеркала,, в фокусе которого помещается плоское зеркало. Отражатель этого типа имеет малый угол рассеяния, удовлетворительный коэффициент отражения, не требует точной ориентировки относительно измеря­ емой линии, но сложен в изготовлении и потому применяется редко.

215

заичный отражатель зеркально-линзового типа светодальномера СВВ-1 — на рис. 115, б.

Рассмотрим вопрос о предельной дальности действия светодаль­ номера. Очевидно, геометрические условия при светодальномерных измерениях будут такими же, как и при радиодальномерных, а энер­ гетические характеристики должны быть выражены через фотомет­ рические.

Обозначив яркость источника света через В, а площадь выход­

потерь на отражение и поглощение в передающей системе). Освещен­

и рассеяния в оптических средах и отражения при прохождении через границы раздела сред.

Учтем потери световой энергии в оптической системе светодаль­ номера. В общем случае, если световой поток Ф проходит границу раздела среда—воздух N раз и толщина оптических деталей в сумме составляет / единиц длины, то световой поток на выходе системы будет

ФІ = Ф ( 1 - г ) № Д ,

217

где г — коэффициент потерь на одной границе раздела сред н рс — коэффициент пропускания света веществом оптических деталей на единицу длины. В нашем случае необходимо учесть также ко­ эффициент отражения отражателя к0 и коэффициент пропускания света кт (t) системой «модулятор — фазовый детектор». Таким об­ разом общая формула для светового потока, прошедшего через все узлы светодальномера, будет

Коэффициент кт (t) является величиной переменной и в общем

чины, определяемые законом преобразования световой энергии соответственно в модуляторе и детекторе, напряжения на которые подаются со сдвигом фаз на величину ф. В большинстве современных светодальномеров регистрируют не мгновенное значение светового потока, а его среднее интегральное значение за период Т модули­ рующего колебания. Поэтому вместо km(t) следует использовать вели­ чину

Äm = Ä"m/(«P).

так как значение интеграла от произведения двух периодических функций одинаковой частоты будет периодической функцией их фазового сдвига ф.

Теперь для светового потока, поступающего на светоприемник дальномера (глаз или фотоэлектронное устройство), без учета потерь

Перейдем к учету потерь световой энергии в атмосфере. Световой поток, дважды прошедший измеряемое расстояние D, уменьшится в рІ° раз, где ра — коэффициент пропускания атмосферы на единицу длины. Таким образом, световой поток, поступающий на светопри­ емник, будет

218

где у символа светового потока Ф опущен индекс 2.

Как и при радиодальномерных измерениях, под дальностью дей­ ствия будем понимать такое максимальное расстояние, которое

разности фаз Аф

А Ф т і п = - о ^ - Р а І ' т ^ / " ( ф ) А ф ,

^тах

то уравнение дальности фазовых светодальномеров принимает вид

Оценим влияние различных факторов на предельную дальность действия фазовых светодальномеров.

Как видно из (262), дальность действия зависит от прозрачности атмосферы, которая подвержена сильным изменениям и определяется содержанием водяных паров, аэрозолей и т. п. Коэффициент про­ пускания атмосферы Ра связан с дальностью видимости в дневных условиях зависимостью, приведенной в табл. 9.

219