Файл: Новая геодезическая техника и ее применение в строительстве учеб. пособие.pdf

К числу достоинств дальномеров с плавным диапазоном час­ тоты относится надежность в разрешении многозначности и воз­ можность автоматизации процесса измерения расстояний; к чис­

тот применяется в дальномерах с несколькими дискретными час­ тотами излучения электромагнитных волн. Сущность способа заключается в поочередном измерении домеров фазовых циклов на нескольких фиксированных частотах с последующим вычис­ лением расстояния из различных комбинаций частот, дающих уменьшающуюся периодичность решений. В современных даль­ номерах применяется 2-f-4 частоты [П.13,22].

Для того, чтобы исключить периодичность, нужно эиать прибли­

В таком случае при измерениях на одной частоте нужно прибли­ женно знать искомое расстояние с ошибкой не более 7,5 м. Это

Для расстояния, измеренного на двух частотах, можно напи­ сать следующие уравнения:

45

принятого обозначения (11.26) выражение (11.25) можно напи­ сать в виде

ность. Таким образом, измерение расстояния на двух частотах свелось как бы к измерению расстояния на одной частоте, рав­ ной разности этих двух частот. Периодичность решений уравне­

по сравнению с измерениями на одной частоте, напишем из фор­ мулы (11.26) отношение

46

где k — коэффициент многозначности.

Коэффициент многозначности к показывает во сколько раз приближенное расстояние может быть взято грубее при измере­ ниях на двух частотах, чем при измерениях на одной частоте.

расстояния.

Приведенная схема разрешения многозначности с использо­ ванием двух фиксированных частот применяется при небольшой (менее 1 км) дальности действия дальномера, например в светодальномере МСД-1. Практически нецелесообразно выбирать ко­ эффициент многозначности более 100, так как в этом случае воз­ никают высокие требования к точности стабилизации частот и измерения домеров фазовых циклов. В приведенном ранее при­ мере измерения расстояния на одной частоте с длиной волны 30 м для разрешения многозначности требовалось знать прибли­ женное расстояние с точностью ± 7,5 м. При наличии двух час­ тот и при k = 100 приближенное расстояние нужно знать уже с

тельной, служащей только для разрешения многозначности. При дальности действия дальномера более километра применяются три или четыре фиксированных частоты.

К достоинствам дальномера с фиксированными частотами относится возможность измерения расстояний, начиная с двух — трех метров.

§ II. 4. Использование модулированных колебаний для фазовых дальномеров

С помощью радиофизических дальномеров измеряется длина пути, проходимого электромагнитными волнами. В воздушной среде этот путь представляет собой сложную пространственную

47

кривую. Наименьшее время распространения электромагнитных колебаний соответствует пути с наименьшей диэлектрической постоянной воздуха, причем чем выше частота электромагнит­ ных колебаний, тем меньше зависимость скорости их распростра­ нения от состояния внешней среды и прямолинейнее путь.

Недостаток применения коротких и ультракоротких радио­ волн (от 100 до 1 м) — их малая направленность, способность отражаться и огибать препятствия, в силу чего в точку приема могут приходить как прямые, так и отраженные от земли и мест­ ных предметов (ломаные) лучи, прошедшие другой путь, что существенно снижает точность измерений. Направленность из­ лучения увеличивается, а интенсивность отражений уменьшает­ ся с переходом в область радиоволн сантиметрового и миллимет­ рового диапазонов и в область световых волн. Но непосредствен­

измерительных целей характер излучения периодически меняет­ ся — модулируется по синусоидальному закону. Модуляция мо­ жет осуществляться по амплитуде, фазе или частоте колебаний. Частота модуляции выбирается в пределах, удобных для фазо­ вых измерений (10—150 МГц). Модулирующая частота часто на­ зывается масштабной.

Достоинством светодальномеров является возможность све­ дения светового потока с помощью сравнительно простых и не­ больших по размеру оптических систем (антенн) в узконаправ­ ленный луч с высокой плотностью энергии в его поперечном се­ чении. Это позволяет осуществлять измерения с маломощными

ределяет и потенциальную точность светодальномеров, прибли­ жающуюся в относительном значении к точности определения скорости света и при прочих равных условиях в 3—10 раз выше, чем при измерениях радиодальномерами.

К недостаткам светодальномеров относится значительное за­ тухание световых колебаний в пыльном и влажном воздухе, в связи с чем максимальная наземная дальность действия этих приборов в наиболее благоприятных ночных условиях достига­ ет 20—30 км при использовании тепловых источников света и 40—60 км — при лазерных источниках света. В дневных условиях

48

из-за светлого фона, снижающего контрастность изображения полезного светового сигнала, дальность действия снижается в 2—5 раз.

Достоинство радиодальномеров — их всепогодность, возмож: иость выполнения измерений круглосуточно, независимо от нали­ чия оптической видимости между конечными точками, что обус­ ловлено малым затуханием радиоволи в воздухе. В ряде случа­ ев радиодальномерами можно измерять расстояние сквозь препятствия: кусты или неширокие полосы деревьев. Дальность действия радиодальномеров достигает сотен километров. Недо­

лом делает радиодальномерную аппаратуру более громоздкой, чем светодальномерную. Значительная диаграмма направленно­ сти является основной причиной отражения радиоволн от под­ стилающей поверхности, снижающей точность измерений. Ско­ рость радиоволн сильно зависит от влажности воздуха.

На инженерно-геодезических работах в строительстве нахо­ дят главным образом применение фазовые светодальномеры.

§ II. 5. Принципиальная схема фазового светодальномера и некоторые элементы его теории

Принципиальная схема фазового светодальномера изобра­ жена на рис. 11.4. Свет от источника поступает в модулятор и с помощью оптической системы передатчика направляется на от-

ражатель. Отраженный в обратном направлении световой поток улавливается приемным объективом и направляется в приемник света, где происходит его фазовое детектирование, т. е. сравне-

49