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

Г Л А В А II

ЛИНЕЙНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ДАЛЬНОМЕРОВ

§ II. 1. Элементы теории радиофизических дальномеров

Радиофизические дальномеры — это устройства для измере­ ния расстояний по времени распространения электромагнитных колебаний между конечными точками линии. При этом скорость электромагнитных колебаний в момент измерений предполагает­ ся постоянной и известной. В зависимости от вида используемых электромагнитных колебаний радиофизические дальномеры де­ лятся на светодальномеры и радиодальномеры. Свето- и радио­ дальномеры в зависимости от характера излучения разделяются • на импульсные и фазовые.

Во всех радиофизических дальномерах принята одна и та же принципиальная блок-схема: дальномер состоит из двух основ­ ных узлов — приемо-передатчика, устанавливаемого на началь­ ной точке и отражателя, устанавливаемого на конечной точке линии. Назначение приемо-передатчика — посылка электромаг­ нитной энергии в направлении отражателя, прием отраженных электромагнитных волн и измерение времени распространения электромагнитных колебаний на двойном измеряемом расстоя­ нии. Отражатель выполняет функцию отражения посланных на него электромагнитных волн в обратном направлении. В этом случае искомое расстояние может быть вычислено по формуле

т — время, потребное электромагнитным волнам на прохож­ дение расстояния 2Д.

Точность измерения расстояний зависит главным образом от точности измерения времени распространения волн и определе­ ния их скорости на момент измерений. При ошибке измерения времени порядка Ы О - 1 0 с в длине линии возникает погрешность около 1—2 см, что в относительном значении составляет, напри­

36

Измерить время с указанной точностью можно косвенно—фа­ зовым способом. Непосредственное измерение времени импульс­ ным способом дает пока точность на один-два порядка грубее.

Для определения величины v в формуле ( I I . 1) пользуются соотношением

v = с/п, (II.2)

где с — скорость электромагнитных волн (скорость света) в ваку­ уме, принятая в настоящее время равной 299 792,5±0,4 км/сек;

его плотности и частоты используемых при измерениях электро­ магнитных колебаний. В наземных условияхпри изменении тем­

ных волн изменяется на несколько сотен километров в секунду, достигая в наиболее неблагоприятном случае относительного зна­

воздуха, как функцию его температуры, давления и влажности. При надлежащем учете метеорологических факторов остаточная, погрешность в расстоянии может быть сведена к величинам меньшим 1:500 000.

Следует отметить, что при измерении небольших расстояний (до 1—2 км), что имеет место, в инженерной геодезии, точность измерений зависит, главным образом, от ошибок определения времени распространения колебаний. При измерениях расстоя­ ний в десятки километров точность измерений зависит, в основ­ ном, рт ошибок определения скорости распространения электро­ магнитных колебаний в воздухе.

§ II. 2. Импульсный способ измерения расстояний

Принципиальная блок-схема импульсного дальномера изобра­ жена на рис. II . 1 . Приемо-передатчик устанавливается йа на­ чальной, а отражатель на конечной точках линии и взаимно ори­ ентируются.

Импульсные дальномеры обладают невысокой точностью, с точки зрения инженерной геодезии, но имеют большую оператив­ ность, что делает их очень удобными при измерениях расстояний

37

до движущихся объектов. Обычно импульсными дальномерами пользуются как локаторами, т. е. определяют не только расстоя­ ние, но и направление на объект. В зависимости от вида исполь­ зуемых колебаний импульсные дальномеры носят название ра­ диолокаторов или оптических локаторов.

Приемо-передатчик представляет собой источник электромаг­ нитных колебаний (генератор) с устройством для формирования

правлении. Приемник —это чувствительный элемент с устройст­ вом для приема электромагнитных колебаний и преобразования их в вид, удобный для измерений.

Отражатель может быть пассивным (зеркально-линзовый, трипель-призменный и т. д.) или активным (ретранслятор-усили­ тель). При использовании мощных источников излучения (лазе­ ров) возможна работа дальномера без установки специального отражателя на точке, если отражающая способность объекта со­

ставляет 15—20% (стена побелен­ ного здания, металлическая об­ шивка самолета и т. д.).

В качестве измерителя време­ ни часто используется электрон­ нолучевая трубка, на электроды которой подается напряжение опорного генератора с частотой f. В результате на экране трубки со­ здается круговая или линейная развертка электронного луча с заданной частотой опорного гене­ ратора (рис. II.2).

Дальномер работает следую­ щим образом. С помощью пере­ датчика излучается импульс энергии. Часть энергии импульса

кратчайшим путем (опорный сигнал) направляется в приемник и после соответствующей переработки поступает в виде дополни­ тельного напряжения на пару электродов электроннолучевой трубки. В результате на развертке образуется так называемый опорный выброс 1 (см. рис. I I . 2). Остальная энергия импульса,

38

достигнув отражателя и возвратившись к приемнику (т. е. прой­ дя расстояние 2Д), через время х создает на развертке отражен­ ный выброс 2. Излучение импульсов производится через равные промежутки времени и со скважностью (промежутком времени между двумя импульсами) большей, чем период развертки, но меньшей, чем время послесвечения экрана. Вследствие этого изображения опорного и отраженного выбросов остаются на эк­ ране видимыми в течение всего времени работы дальномера.

Опорный выброс всегда неподвижен, а отраженный неподви­ жен при неизменном расстоянии и перемещается, если объект двигается. Зная направление развертки электронного луча и из­ мерив угол ср (или длину дуги окружности) между опорным и от­ раженным выбросами (см. рис. II-2), найдем

постоянную для данных условий внешней среды. Поэтому изме­ рение расстояния сводится к определению величины ср.

Обычно на экран электроннолучевой трубки накладывают про­ зрачную шкалу, разделенную для некоторого среднего значения скорости v электромагнитных волн и частоты f. Центр шкалы совмещают с центром круговой развертки. Если Т>х, то элект­ ронный луч за время х успевает пробежать только часть окруж­ ности, и отсчет по шкале даст значение расстояния в линейной мере. При Т<х электронный луч за время х успевает сделать не­ сколько полных оборотов N и какую-то долю оборота ср, в резуль­ тате искомое расстояние определится из соотношения

достигается применением нескольких частот развертки. При раз­ работке дальномера задаются наибольшим измеряемым рассто­ янием. Тогда для выполнения условия Т > т нужно, чтобы

T>2M/v,

откуда

Одним из факторов, влияющих на точность измерений, явля­ ется частота развертки. Практически найдено, что отсчет угла ср

39