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

мелких масштабов, расстояния достаточно получать с ошибкой около 1 : 50 000. В этом случае для получения рабочей скорости градиент показателя преломления можно считать постоянным, равным, на­ пример, —4-10" 6 на 1 м . Тогда индекс преломления в средней точке траектории с высотой' Но будет равен

Ncp=NA- 0,04 ( Я 0 - Я Л ) ,

а поправка за отклонение рабочей скорости от стандартной будет равна

где высота Но определяется по формуле (85). Метеорологические элементы в этом случае достаточно определять на одном конце линии (обычно на наземной станции) в точке с высотой НА.

Для получения расстояний с относительной ошибкой 1 : 10 000— 1 : 20 000 можно вообще обойтись без измерения метеорологических элементов, получая индекс преломления по формуле (66). Тогда сред^- ний индекс, необходимый для получения поправки А Д по формуле (109), можно найти из выражения

+№ - 4 U - ? ) ] + ^ U - 9 ) :

70

Ввиду малости коэффициента С в выражении для Щ члены, со­ держащие -jj и Q, по малости опущены.

Третий способ определения величины рабочей скорости ѵ или соответствующей поправки ADV состоит в измерении расстояния Do, точная величина которого D заранее известна. Все радиоэлектронные средства для измерения расстояний имеют постоянную поправку I, которая с течением времени может изменяться. Поэтому разность

r = D-D0

будет зависеть как от неточности стандартной скорости, принятой для вычисления Do, так и от изменения постоянной I прибора. Обо­ значив поправку к стандартной скорости через Ava поправку к по­ стоянной через Al, можем написать следующее уравнение:

на большем числе линий эти величины получают по способу наимень­

Полученные указанным способом параметры q и Al можно с до­ статочной надежностью использовать лишь для измерений в усло­ виях, близких к условиям сравнения. При резком различии усло­ вий (района работ, высоты, времени года и др.) точность измерения расстояний может значительно снизиться.

Дифференцируя формулу (101), найдем

Переходя к средним квадратическим ошибкам, получим

Полагая приближенно ѵ — с, нетрудно получить

Ошибка измерения времени и ошибка постоянной дальномера рассмотрены в последующих главах. Средняя квадратическая ошибка

71

определения рабочей скорости на основании формулы (49) будет равна

Среднюю квадратическую ошибку принятой в настоящее время ско­

значение показателя для времени измерений, или же практически отклонения принятого для вычисления значения каждого элемента от среднеинтегрального значения его для всей трассы во время изме­ рения.

Ошибки представительства зависят от непостоянства вертикаль­ ного и горизонтального градиентов температуры, давления и влаж­ ности, которые, в свою очередь, зависят от состояния погоды, вре­ мени суток, а также характера подстилающей поверхности и рельефа местности. Экспериментально установлено, что средняя температура воздуха вдоль пути волны определяется по результатам измерений на концах линии с ошибкой около 0,7°. При неблагоприятных усло­ виях эта ошибка может достигать 1,5° в равнинной местности и 2,5°

гоприятных условиях 1,5—2,0 мб. Как правило, меньшие ошибки получаются в пасмурную и ветреную погоду. Соответствующие ошибки показателя преломления воздуха, согласно формул (72), будут:

72

Приведенные расчеты показывают, что ошибка определения ра­ бочей скорости распространения электромагнитных колебаний почти целиком определяется ошибкой показателя преломления воздуха.

Геодезические пункты, между которыми измеряют расстояния, чаще всего располагаются на возвышенностях. Поэтому различные участки пути волны пролегают на разных высотах над поверхностью земли (различия высот могут достигать нескольких сотен метров), что при непостоянстве градиента показателя преломления приведет к некоторой ошибке в значении среднего из показателей на концах линии. Полученный по осредненным величинам метеорологических

73

элементов показатель преломления будет ошибочен также за счет того, что при осреднении не учитывается разность кривизны Земли и кривизны пути волны. Если на рис. 31, б провести прямую между точками А и В, то осредненные величины метеорологических элемен­ тов отнесутся к средней точке этой прямой, высоты точек которой, как видно из рисунка, значительно отличаются от высот точек пути волны. Так, при расстоянии 60 км разность соответствующих высот для средней точки пути световой волны составит 60 м. Для радио­ волн при расстоянии 200 км эта разность составит 600 м.

Найдем расхождение между средним Л^о индексом преломления и средним интегральным N индексом для стандартной атмосферы,

Приняв для стандартной атмосферы из формулы (68) В = —40,4,

С= 1,69 и положив: для световых волн

получим формулы для вычисления ошибки среднего показателя пре­ ломления за счет кривизны траектории (первый член) и за счет раз­ ности высот конечных точек (второй член):

Расстояние s и превышения h в этих формулах выражены в кило­ метрах.

При расстоянии s = 20 км и превышении h — 0,13 км для свето­ вых волн по первой формуле (116) найдем

6л с = (-0,18 + 0,1) • 10'6 = - 0, 2 • 10"6 .

74

Для радиоволн при s = 200 км и h = 1 км по формуле (116)' получим

ônp = ( — 15,6 + 0,6)-10'6 = -1,5-10"5 .

Формулы (116) и (116)' могут быть использованы для введения при­ ближенных поправок за форму и положение пути распространения ко­ лебаний, а также при исследованиях точности измерения расстояний.

Для радиогеодезических измерений расстояний в 100 и более километров, когда измерения производятся с самолета, средняя квадратическая ошибка показателя преломления за счет ошибок определения метеорологических элементов и высот точек будет в 1,5—2 раза больше, чем при точных наземных радиогеодезических измерениях. Величину этой ошибки можно считать равной

т „ - ± 1 - 1 0 - 5 - * - 2 - 1 0 ' 8 .

Ошибка рабочей скорости для этого случая будет лежать в пре­ делах 1 : 50 000—1 : 100 000.

Рассмотренные способы определения величины и точности рабо­ чей скорости распространения электромагнитных волн относятся к ультракоротким радиоволнам, инфракрасному и световому излу­ чениям. Форма пути коротких, средних и длинных волн опреде­ ляется в основном дифракцией вокруг сферической земли, а скорость в значительной степени зависит от электрической проводимости подстилающей поверхности. Так как последняя резко изменяется от изменения влажности и других свойств почвы, то скорость рас­ пространения электромагнитных волн этих диапазонов на протя­ жении трассы подвержена значительным изменениям. Эти измене­ ния могут достигать 1 : 10 000. Величину рабочей скорости для коротких, средних и длинных волн можно получить лишь прибли­ женно на основании специальных экспериментальных исследований для каждого диапазона или по измерению контрольных расстояний.

Из изложенного следует, что, определяя показатель преломления воздуха, лишь на конечных точках измеряемой линии получают приближенное значение среднеинтегрального показателя преломле­ ния, необходимого для определения величины рабочей скорости распространения электромагнитных волн. Это обстоятельство яв­ ляется главным препятствием для повышения точности измерения расстояний светодальномерами.

Среднеинтегральный показатель преломления воздуха вдоль ли­ нии может быть определен и не по метеорологическим данным, а так называемым дисперсионным методом, а также из измерения зенит­ ных расстояний концов линии.

Так как величина группового показателя преломления, согласно формуле (55), зависит от длины волны, то, следовательно, колебания с разной длиной еолны проходят за одно и то же время разные опти­

75

показателя преломления воздуха вдоль измеряемой линии для любой длины волны колебания, соответствующий метеорологическим усло­ виям, при которых производились измерения.

Действительно, если DXi и DXl — оптические длины путей, прой­ денных колебаниями с указанными длинами волн, а пХі и пХ2 — соответствующие средние интегральные показатели преломления воздуха во время измерения, то очевидно, что

деления показателя преломления этим методом с погрешностью около 1 • Ю - 6 , разность оптических путей необходимо измерять с ошибкой, не большей 0,5 мм. К настоящему времени предложено несколько конструкций рефрактометров для определения показателя преломления воздуха, основанных на указанном принципе.

Другой способ определения среднеинтегрального показателя преломления п основан на измерении зенитного расстояния z от

где ô = i — V — разность высот инструмента и визирной цели, а к = — коэффициент рефракции, получим для среднеинтеграль­ ного значения показателя преломления между точками А и В

76

Если превышение h между точками А и В с достаточной точностью измерено заранее (например, получено из нивелирования), то, поло­ жив

Д = h — s ctgz — ô = - ^ - s2,

найдем

i - sctgz = - | ( A - A - ô ) I

Подставив эти величины в выражение для п и положив при этом

При этом имеется в виду, что путь света близок к окружности. Среднюю квадратическую ошибку п, найденного изложенным спосо­ бом, приближенно можно получить по формуле

\

Ч а с т ь в т о р а я

РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ И УГЛОВ

Г л а в а I I I

КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К УСТРОЙСТВАМ

§ 8. В И Д Ы И Т И П Ы УСТРОЙСТВ (

В настоящее время известно большое число радиоустройств для обнаружения, определения характеристик и местоположения под­ вижных или неподвижных объектов. Устройства такого типа, весьма разнообразные по назначению и конструктивным особенностям, ис­ пользуются во многих областях науки и техники, но все они отно­ сятся к приборам и системам радиолокационного типа. Радиолока­ ционными называют приборы и системы, позволяющие решать пере­

о пассивной радиолокации; при регистрации вторичных волн, отра­ жаемых или переизлучаемых объектом наблюдения, говорят об ак­ тивной радиолокации. Пассивная радиолокация имеет специфиче­ ское назначение обнаружения и опознавания объектов в метеороло­ гии, астрономии и в некоторых других областях и в дальнейшем рас­ сматриваться не будет.

Обобщенная схема активного радиолокационного устройства показана на рис. 30. Передатчик такого устройства излучает элек­ тромагнитные колебания, которые, достигнув объекта, отражаются от него или преобразуются при помощи устройств, расположенных на объекте, и переизлучаются в пространство. Приемник регистри­ рует возвратившиеся от объекта колебания, а индикатор позволяет сравнивать излучаемые и принимаемые колебания по каким-либо параметрам и получать информацию об объекте или его положении.

; В зависимости от метода получения вторичных электромагнитных колебаний активную радиолокацию подразделяют на локацию с пас- ; сивным ответом (вторичные колебания получены отражением от

78

объекта) и с активным ответом (вторичные колебания получены в ре­ зультате переизлучения).

При радиолокации с пассивным ответом объект наблюдения должен обладать хорошей отражательной способностью, а электри­ ческие параметры его должны резко отличаться от параметров окру­ жающей среды. При неизменной мощности падающих колебаний мощность вторичного (отраженного) излучения возрастает с увели­ чением электрической проводимости вещества и уменьшением длины волны. Для радиолокации с пассивным ответом наиболее эффективны

чения.

Характер и число измеряемых величин различно для разных радиоустройств локационного типа. Так, для определения местополо­ жения объекта необходимо знать три координаты, поэтому необхо­ димо измерить три независимых величины. Для определения ско­ рости перемещения объекта также необходимо измерить три вели­ чины. При необходимости одновременного определения местоположе­ ния и скорости перемещения объекта требуется измерить уже шесть величин и т. д. Измеряемыми величинами могут быть направления со станции наблюдения на объект, расстояния между ними, разность расстояний от объекта до двух станций наблюдения и т. п. В соответ­ ствии с этим различают угломерные, дальномерные, разностно-даль- номерные и другие радиоустройства. Определение направлений при помощи радиосредств принято называть пеленгованием, поэтому угломерные устройства получили название радиопеленгационных.

79