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

В качестве примера на рис. 116 приведен график зависимости дальности светодальномера СВВ-1 от прозрачности атмосферы в ноч-

оптическую систему приемо-передатчика проходит всего треть све­ товой энергии. Если же учесть потери в системе «модулятор — детектор» светодальномера и в отражателе, то принимаемый фото­ приемником сигнал окажется равным нескольким процентам энер­ гии излучения источника света.

Из уравнения (262) и предыдущего видно, что дальность действия существенным образом зависит от скорости изменения светового потока / ' (ер) в точке фиксации разности фаз. При прочих равных

220

условиях необходимо выбирать для фиксации такое значение раз­ ности фаз, при котором / ' (ф) имеет максимальное значение.

Дальность действия тесно связана с точностью определения раз­

больше измеряемое расстояние, так как, вообще говоря, с увеличе­ нием длины линии закон изменения светового потока с изменением разности фаз остается прежним, но уровень сигнала понижается. При заданной предельной ошибке фиксации разности фаз, изме­ рение фазы возможно только до тех пор, пока уровень сигнала не меньше того, который наблюдается при максимальном расстоянии. С повышением требований к точности фиксации разности фаз без

шении ошибки фиксации разности фаз от Дф2 до Афг (см. рис. 117, а),

определяющей наряду с другими факторами предельную дальность светодальномеров, зависит от многих причин, из которых главными являются тип фотоприемника, его рабочий режим и условия наблю­ дений.

При визуальной регистрации светового потока под А Ф т ; п сле­ дует понимать то минимальное изменение его, которое в данных условиях ощущается глазом наблюдателя. Численное значение этой величины зависит от способа и условий наблюдений.

Рассмотрим сначала методы определения этой величины для способа, при котором фиксируется минимальное значение светового потока, как это имеет место, например, при компенсационном способе

рис. 117, а). Наблюдения при постоянном, точнее, медленно изменя­ ющемся, фоне возможны только тогда, когда яркость фоновой засвет­ ки ниже яркости изображения отражателя хотя бы при тех значениях разностей фаз, которые регистрируются (см. рис. 117, б). В этом случае глаз наблюдателя адаптируется на яркость фона и фикси­ рует равенство яркости изображения отражателя и яркости фона. При этом погрешность в оценке полезного светового потока про­ порциональна интенсивности фоновой засветки Фф

ДФтіп = »гФф,

что вытекает из закона Вебера — Фехнера, согласно которому в широких пределах значений световых потоков Ф отношениеДФ : Ф, где ДФ — ошибка фиксации светового потока, остается постоянным и равным т. Коэффициент пропорциональности m различен у раз­ ных наблюдателей и меняется у одного и того же наблюдателя при

221

изменении условий наблюдений. Численное значение его колеблется в пределах от 0,01 до 0,05. Часто измерения линий производятся при неустойчивом состоянии атмосферы, что проявляется в видеслучайных изменений принимаемого светового потока с течением времени (см. рис. 117, в). Тогда, очевидно, ошибка фиксации уровня светового потока Ф 0 будет осуществляться с погрешностью ДФтѴп = =: о"ф, где 0"ф — среднее квадратическое значение отклонений свето­ вого потока от его среднего значения. Представляя этот результат следствием флуктуации пропускания атмосферы, найдем

А Ф т 1 п = о > а Ф 0 ,

где ара — среднее квадратическое значение отклонений коэффи­ циента пропускания от его среднего значения в момент измерений. При одновременном воздействии обеих причин и вследствие незави­ симости их ошибка фиксации светового потока определится формулой

А-Фтіп = Ѵ Д Ф ^ т + ДФтіп ,

из которой две предыдущие получаются как соответствующие част­ ные случаи. Так как при наблюдениях в условиях фоновой засветки, яркости изображения отражателя и фона равны между собой, то окон­ чательно получим

не минимальное, а более высокое значение светового потока, как, например, при наблюдениях по нулевому методу (см. § 35). Тогда

Такая замена обусловлена тем, что в этом случае глаз наблюдателя адаптируется не на уровень фоновой засветки, а на более высокий уровень регистрируемого сигнала. Следует подчеркнуть, что наблюде­ ния по такому способу возможны только тогда, когда уровень реги­ стрируемого сигнала выше уровня фоновой засветки. В противном случае измерение расстояний невозможно.

При вычислении предельной дальности светодальномеров с фото­ электрической регистрацией светового потока ошибку фиксации

M

Y — д ф »

222

(величиной тока в отсутствие засветки фотоприемника) и уровнем шумов / ш , который определяется формулой

/ ш = п ѵ і / 7 д 7\

где п — коэффициент пропорциональности; / — фототок на выходе фютоприемника при регистрации светового потока и А/ — полоса частот, пропускаемых фазоизмерительным устройством. При ре­ гистрации светового потока Ф 0 в условиях фоновой засветки Фф величина фототока будет

/ = Ѵ(Ф„ + ФФ ),

так как фотоэлектронные приемники в отличие от глаза не обладают избирательными свойствами и реагируют на полный световой поток, а не на его составляющие. Таким образом, для уровня шумов фото­ приемника можно записать

/ш = « Ѵ Ѵ ( Ф о + Фф)А/.

Так как темновой ток фотоприемника и шумы независимы, для ошибки фиксации тока найдем

а минимальный уровень светового потока (без учета флуктуации) будет

В зависимости от условий наблюдений некоторые величины в фор­ муле (265) могут быть опущены. Так, при ночных наблюдениях Фф = == 0, а при дневных наблюдениях при наличии фоновой засветки можно по малости пренебречь темновым фототоком / т .

Оценим величину светового потока, поступающего на фотоприем­ ник от фона и играющего важную роль при светодальномерных измерениях. Пусть на приемный объектив (рис. 118) кроме отражен­ ного светового сигнала поступает также рассеянный свет. Обозначим через /п р фокусное расстояние приемной оптической системы, а через

223

Сила света іф, излучаемого участком 5ф, будет

где 5ф — яркость фона. Освещенность в плоскости входного зрачка приемной системы определится выражением

Т а б л и ц а 10

пускания приемной оптической системы, то световой поток, обусло­ вленный фоном, будет

/пР Таким образом, при заданной площади приемного объектива све­

товой поток, вызываемый рассеянным светом, уменьшается пропор­ ционально квадрату фокусного расстояния. Поэтому в приемных ча­ стях светодальномеров отдают предпочтение длиннофокусным опти­ ческим системам. Отношение полезного светового потока к уровню фоновой засветки на фотоприемнике можно повысить диафрагмиро­ ванием приемного объектива, применением светофильтров, если используется монохроматичное излучение. При визуальной регист­ рации светового потока хороший результат дает установка темного экрана за отражателем. Ориентировочные величины яркости для некоторых фонов приведены в табл. 10.

§ 33. И С Т О Ч Н И К И И П Р И Е М Н И К И СВЕТОВОЙ Э Н Е Р Г И И

Источниками света в светодальномерах являются лампы накали­ вания, дуговые лампы, оптические квантовые генераторы (лазеры) и люминесцентные полупроводниковые светодиоды. При всем много-

224