Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

кационных систем с большим радиусом действия; некоторые из них успешно применялись во время Великой Отечественной войны. К началу 40-х годов радиолокационные станции использовались для обнаружения самолетов и в других государствах.

Быстрое развитие радиоэлектроники в последующие годы, в осо­ бенности в области генерирования и распространения электромагнит­ ных волн ультракороткого диапазона, способствовало дальнейшему прогрессу радиолокации, созданию радиогеодезических систем и точ­ ных радиодальномеров. Решению этой задачи в особенности способ­ ствовали исследования академиков Л . И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси, разработавших в 30-х годах научно-технические принципы фазовых методов измерения расстояний. Предложенные ими способы радиодальномера, фазового зонда и радиолага легли в основу всех современных фазовых радионавигационных и радиогеодезических систем и радиодальномеров.

Применение радиолокации для геодезических измерений шло как путем использования для этой цели радионавигационных систем, так и путем создания специальных радиодальномеров. Первые экспе­ риментальные работы по точному измерению расстояний радиолока­ ционным способом были выполнены в СССР в 1934 г. с использова­ нием фазового радиодальномера МПЩ-1, сконструированного А. С. Щеголевым по схеме Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси. С 1936 г. радиодальномеры МПЩ применялись при гидрографиче­ ских работах, обеспечивая измерение расстояний до 100 км с ошибкой в несколько десятков метров. К 1939 г. на основе радиодальномера МПЩ в ЦНИИГАиК была разработана система РИР , позволявшая измерять расстояния до 100 км с ошибкой до 10-—15 км. В этих же годы в США была изготовлена система Рейдист типа В, которая, как и дальномеры МПЩ и РИР , из-за недостаточной точности не получила применения в геодезических работах.

В 1944 г. в ЦНИИГАиК под руководством А. И. Грузинова соз­ дается фазовая радиогеодезическая система РГСЦ, рассчитанная на измерения расстояний до 350 км с ошибкой около 7 м. Эта система в течение двух десятилетий с успехом применялась для планового обоснования топографических съемок в масштабах 1 : 25 000— 1 : 50 000. Значительное распространение в послевоенные годы полу­ чили также круговая импульсная система РЫМ при аэрофотосъемке

ния самолетный радиодальномер РДС, созданный в ЦНИИГАиК под руководством И. Л. Гилля. Дальномер обеспечивает измерение расстояний до 300 км со средней квадратической ошибкой около 1 м и определение координат центров проектирования при аэрофото­ съемке с ошибкой около 3 м, что позволяет применять его при аэро­ фототопографической съемке в масштабах 1 : 10 000—1 : 25 000.

В то же время за границей получили применение при построении геодезических сетей и для аэрофотосъемки радиогеодезические

8

системы Шоран, Хиран, Рейдист (США), Декка (Англия) и др. В эти же годы при аэрофотосъемке для определения скорости и местополо­ жения самолета начинают применять допплеровские радионавига­ ционные системы. В 80-х годах создаются радиодальномерные си­ стемы для измерения расстояний до искусственных спутников Земли: фазовая система Секор, дошілеровская система Транзит и др.

Следует заметить, что перечисленные и другие подобные им си­ стемы не обеспечивали достаточно точного измерения расстояний, необходимого при построении государственных геодезических сетей и обоснования топографических съемок крупных масштабов. Для этого требовалось создание специальных геодезических радиодаль­ номеров. К приборам такого типа относится «Теллурометр» — геоде­ зический радиодальномер, разработанный Т. Уодли (ЮАР). Этим дальномером можно измерять расстояния до 60 км с ошибкой в не­ сколько сантиметров. Теллурометр получил большое распростране­ ние для точных геодезических измерений во многих странах. К на­ стоящему времени создан ряд аналогичных дальномеров усовершен­ ствованной конструкции в СССР («Луч»), США («Электротейп»), ФРГ («Дистаметр»), Швейцарии («Дистомат»), Польше («Телеметр»), а также в Венгрии, ГДР и Японии. По схеме «Теллурометра» были разработаны специальные радиогеодезические системы: Гидродист — для измерения расстояния с движущегося корабля, Аэродист — в самолетном варианте.

Однако более точные измерения выполняются в настоящее время при помощи светодальномеров. На возможность измерения расстоя­ ний при помощи световых волн впервые указал американский геоде­ зист В. Боуи, принимавший в 1926 г. участие в опытах А. Майкельсона по определению скорости света. Большое значение для создания светодальномеров имели работы немецких физиков А. Каролуса и О. Миттелыптедта, которые в 1928 г. впервые использовали в ус­ тройствах для измерения скорости света электрооптический эффект в ячейке Керра. Примененная ими схема впоследствии легла в основу построения ряда современных светодальномеров с визуальной реги­ страцией светового потока. Позднее Хюттель и Андерсен при опреде­ лении скорости света применили фотоэлемент для регистрации и срав­ нения фаз двух модулированных световых потоков, что впоследствии было использовано при создании светодальномеров с фотоэлектриче­ ской регистрацией.

Светодальномер был изобретен в СССР в 1933 г. Г. И. Трофимуком. Однако первый светодальномер был создан лишь в 1936 г. советскими учеными В. Г. Вафиади и В. В. Балаковым под руковод­ ством акад. А. А. Лебедева в Государственном оптическом институте (ГОИ). Дальномером ГОИ можно было измерять расстояния до 4 км с относительной ошибкой около 1 : 2000. Впоследствии дальномер был усовершенствован Ю. В. Поповым и обеспечивал измерение расстояний до 17 км (в ночное время) с ошибкой около 8 см. В 1943— 1948 гг. в США был сконструирован импульсный светодальномер, которым можно было измерять расстояния до 5 км с ошибкой около 2м.

9

Широкому применению светодальномеров для точных геодезиче­ ских измерений способствовало создание в 1943 г. шведским физиком Э. Бергстрандом фазового светодальномера, названного геодиметром.

годы в Швеции выпущено несколько типов геодиметров различной точности.

В СССР к настоящему времени разработан ряд светодальномеров различных типов. Одним из них является дальномер ЭОД-1 (ЦНИИГАиК), предназначенный для измерения расстояний до 30 км с относительной ошибкой не более 1 : 400 000. Большое распростране­ ние при построении геодезических сетей получил светодальномер СВВ-1, разработанный в 1953 г. Этот дальномер позволяет измерять расстояния до 15 км с ошибкой, не превышающей 1 : 200 000. В СССР

разработано также несколько типов средних и малых светодально­ меров. К ним относятся СДД, «Кристалл» (ЦНИИГАиК), ГД-300, ГДМ (ГОИ), СТ-65 (МИИГАиК), ТД-2 и др. Точные светодальномеры выпускаются в настоящее время и в других странах.

Вторая половина 60-х годов знаменуется появлением новых источников излучения — лазеров и полупроводниковых люминесцент­ ных светодиодов. Высокая монохроматичность и когерентность коле­ баний, генерируемых лазером, концентрация энергии большой мощ­ ности в узком пучке создают возможности для значительного повыше­ ния дальности действия дальномеров и точности измерения расстоя­ ний. Поэтому в последние годы усилия геодезистов сосредоточиваются на создании точных лазерных дальномеров. В 1968—1969 гг.

вЦНИИГАиК изготовлен светодальномер «Кварц» с газовым лазером

вкачестве источника света, которым с высокой точностью можно изме­ рять расстояния до 50 км. Точный лазерный светодальномер геоди­ метр, модель 8 выпущен в Швеции. Точный светодальномер с газовым лазером в качестве источника света в комплекте с угломерной частью

30" точности, названный теодолитом, сконструирован в 1968 г. в США. Уже первые применения лазерных светодальномеров пока­ зали их большие достоинства: компактность и удобство в работе,

В это же время на основе полупроводниковых источников излуче­ ния (светодиодов) создается ряд малогабаритных светодальномеров. Впервые такой светодальномер (ГД-314) был разработан в СССР под руководством Ю. В. Попова. На основе этого прибора впоследствии был создан светодальномер КДГ-3. Во Всесоюзном научно-исследо­ вательском маркшейдерском институте был разработан дальномер МСД-1. Светодальномеры со светодиодами разработаны также в Анг­ лии (МА-100), ГДР (ЕОК-2000), Швейцарии («Дистомат»).

Если в первых светодальномерах измерялась частота или разность фаз колебаний, по которым затем вычислялось расстояние, то в по­ следние годы процесс измерений все больше автоматизируется, а ре -

10

зультат измерения выдается на цифровое табло или регистрируется

В СССР выпускается светодальномерная насадка ДНК-02 к теодо­ литу Т2, созданная на основе светодальномера КДГ-3. Такого же типа приборы Адисто S 2000 (Франция) и Дистомат D I ЮТ (Швейца­ рия). К электрооптическим тахеометрам относятся упоминавшийся ранее теодолит (США), геодиметр модель-7Т (Швеция) и электрон­ ный тахеометр Reg Elta 14 (ФРГ). В последнем измеренные углы и расстояния выдаются в цифровом виде на табло и регистрируются на перфоленте.

Радиоэлектронный метод измерения расстояний возник сравни­ тельно недавно. Однако высокий уровень развития радиоэлектро­ ники, глубокая разработка теории электромагнитных колебаний и изучение условий их распространения позволили создать ряд со­ вершенных дальномеров, обеспечив высокий технический уровень нового метода. Многочисленные экспериментальные и производствен­ ные работы свидетельствуют о высокой точности и эффективности применения радио- и светодальномеров, что вызвало необходимость пересмотра программ и методов проведения геодезических и топогра­ фических работ, привело к созданию новых технологических схем. Метод линейной триангуляции, радио- и светополигонометрия, по­ строение геодезических сетей нулевого порядка точности и радиогео­ дезических сетей со сторонами в несколько сотен километров, метод космической триангуляции, новые методы аэрофотосъемки и пр. появились в результате успешного применения нового метода изме­ рения расстояний.

ê

Ч а с т ь п е р в а я

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В АТМОСФЕРЕ

Г л а в а I

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

ИУСЛОВИЯ ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

§1. Э Л Е М Е Н Т Ы Т Е О Р И И Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н Ы Х В О Л Н

Электромагнитные волны представляют собой переменные элек­ тромагнитные поля, состоящие из двух неразрывно связанных и вза­ имно обусловленных составляющих — переменного электрического и магнитного полей. Возбуждение в некоторой области пространства

переменного электрического поля приводит к возникновению в смеж­

Непременным условием существования электромагнитных волн яв­ ляется их распространение, которое в вакууме происходит со ско­ ростью около 3-105 км/с, а в других средах — со скоростью, опреде­ ляемой электрическими свойствами этих сред.

Одной из важнейших характеристик электромагнитных волн, определяющих их специфические особенности, является частота электромагнитных колебаний / или связанная с ней длина волны

А,— -у, где и — скорость распространения волны. Электромагнит-.

ные волны охватывают широкий спектр колебаний различных частот (рис. 1).

12