Генике A.A., Афанасьев А.М. Геодезические свето-и радиодальномеры

Подождите немного. Документ загружается.

необходимой для таких измерений чувствительности дальноме

ра-рефрактометра, исчисляемой в зависимости от длины линии

единицами или десятками микрометров, сопряжена с чрезвы

чайно большими техническими трудностями, поэтому до настоя

щего времени не удается довести разработку дальномеров-реф

рактометров дисперсионного типа до широкого практического

применения.

Попытки замены используемых при дальномерных измере

ниях традиционных метеорологических приборов техническими

устройствами более совершенного типа привели к тому, что

в отдельных типах высокоточных светодальномеров для изме

рения показателя преломления воздуха в точке стояния даль

номера стали применять модернизированный вариант резона-

торного рефрактометра. Принцип его действия базируется на

зависимости резонансной частоты объемного резонатора, входя

щего в состав рефрактометра, от плотности воздуха, заполняю

щего этот объем, которая, в свою очередь, функционально свя

зана с величиной показателя преломления. Применение такого

рефрактометра позволило повысить уровень автоматизации из

мерительного процесса за счет автоматической коррекции ре

зультатов измерений за величину показателя преломления воз

духа. Однако существенно ослабить влияние внешних условий

на точность измерений при этом не удалось.

Для решения этой проблемы в последние годы предприни

маются попытки использования зависимости результатов даль

номерных измерений от уровня флуктуаций величины показа

теля преломления воздуха на пути прохождения светового сиг

нала от дальномера до отражателя. Исследования по совершен

ствованию этого метода с целью доведения его до широкого

практического применения ведутся как в Советском Союзе, так

и за рубежом.

Наряду с вышеизложенным исследователи различных стран

мира продолжают уделять большое внимание совершенствова

нию методических приемов, не связанных с созданием специ

альных приборов. Большинство из этих приемов базируется на

выборе благоприятных условий измерений, а также на зонди

ровании атмосферы по всей траектории распространения ис

пользуемых излучений или в нескольких промежуточных наибо

лее представительных точках. При этом во многих случаях для

зондирования применяют те или иные летательные аппараты,

снабженные соответствующими метеорологическими приборами

для непрерывной регистрации вдоль трассы метеофакторов, ис

пользуемых при обработке дальномерных измерений, или непо

средственного значения показателя преломления воздуха.

Существенное повышение точности измерений на линиях зна

чительной протяженности достигается при выполнении измере

ний в течение суток через равные интервалы времени и вычис

лении затем среднего значения. Исследователи отдельных стран

мира предлагают также использовать методику предвычисления

наиболее благоприятного времени суток, когда вероятность по

явления значительных ошибок измерений из-за влияния метео

рологических условий минимальна.

В тех случаях, когда дальномерные измерения выполняются

с целью слежения за изменениями длины искомой линии, на

ходит применение «веерный» метод, при котором с пункта стоя

ния дальномера по различным направлениям измеряется не

сколько линий. Одна из линий, длина которой, исходя из кон

кретных условий, подвержена наименьшим изменениям с тече

нием времени, принимается за базисную. Как показали прове

денные исследования, при использовании такого метода может

быть достигнута относительная точность измерений, оценивае

мая несколькими единицами седьмого десятичного знака.

Перспектива дальнейшего уменьшения габаритов и массы

современных светодальномеров неразрывно связана с примене

нием новых принципов построения оптических систем этих при

боров, базирующихся, в частности, на применении интегральной

и «плоской» оптики. Интегральная оптика, основанная на заме

не оптических трактов с Лучевым прохождением сигналов на

волноводные тракты, позволяющие канализировать свет внутри,

направляющих систем по различным изогнутым траекториям,

открывает перспективу не только более компактного располо

жения различных оптических компонент внутри дальномера, но

и иного, более рационального решения задач, связанных с мо

дуляцией света, преобразованием оптических сигналов в элект

рические с помощью фотоприемника, а также коммутацией оп

тических каналов. Такие элементы интегральной оптики, как

гибкие световоды, уже нашли широкое применение в современ

ных светодальномерах.

«Плоская» оптика, основанная на использовании голографи

ческих принципов, открывает перспективу замены сравнительно

тяжеловесных зеркал и линз, входящих в состав входной и вы

ходной оптических систем, более легкими и компактными пло

скими стеклянными пластинами. В результате нанесения на

пластины соответствующих голографических интерференционных

картин они приобретают свойства линз, которые используются

для формирования расходящихся световых пучков в параллель

ные и наоборот.

При решении проблемы дальнейшего уменьшения потребляе

мого дальномером количества электроэнергии стремятся исполь

зовать более экономичные энергопотребляющие элементы схемы,

а также такие режимы работы, при которых те или иные эле

менты и узлы схемы подключаются только на те моменты вре

мени, когда они участвуют в измерительном процессе. В этой

связи перспектива дальнейшего совершенствования импульсно

фазового метода заслуживает особого внимания.

Из анализа основных принципов действия фазовых дально

меров следует, что непрерывная работа многих составных узлов

прибора является неоправданной, поскольку потребление ими

электроэнергии происходит и в те периоды времени, когда не

требуется участие этих узлов в получении исходной информации

о величине измеряемой дальности или при обработке этой ин

формации, выполняемой непосредственно в дальномере. Накоп

ленный к настоящему времени опыт дальномерных измерений

свидетельствует о том, что для получения высокой точности из

мерений в сочетании с повышенной дальностью действия даль

номера целесообразно измерения выполнять фазовыми методами

в течение сравнительно коротких интервалов времени. Для

уменьшения величины случайных ошибок, обусловленных влия

нием внешних условий, такие измерения целесообразно перио

дически повторять в автоматизированном режиме. Этим требо

ваниям в наибольшей степени удовлетворяет импульсно-фазовый

метод.

Данный метод уже нашел широкое применение в топографи

ческих светодальномерах, благодаря которому удалось сущест

венно повысить дальность действия при сохранении высокой

точности измерений и небольшом количестве потребляемой

электроэнергии. Использование импульсно-фазового метода в

светодальномерах группы Г сдерживается пока из-за того, что

параметры существующих источников излучения недостаточно

полно отвечают предъявляемым к ним требованиям.

В радиодальномерных системах среднего и дальнего радиуса

действия импульсно-фазовые методы также нашли широкое при

менение. В высокоточных геодезических радиодальномерах УКВ

диапазона эти методы находят пока ограниченное применение

из-за того, что до настоящего времени не удается найти простые

способы его реализации.

Достигнутый за последние 10—20 лет прогресс в области

автоматизации и вычислительной техники позволил осуществить

разработку электрических схем дальномеров, в которых авто

матизирован как процесс измерений, так и процесс предвари

тельной обработки получаемой информации. Такая автоматиза

ция существенно расширила эксплуатационные возможности

дальномеров и прежде всего радиогеодезических систем, пред

назначенных для определения расстояний до движущихся объ

ектов (судов, самолетов, наземных транспортных средств), так

как появилась возможность оперативного получения информа

ции о месте положения движущегося объекта независимо от

скорости его перемещения.

В дальномерах, используемых при измерении длин линий

между неподвижными конечными пунктами, автоматизация про

цесса измерений позволила существенно сократить время, за

трачиваемое на выполнение отдельных приемов измерений и на

последующую обработку результатов измерений. Во многих слу

чаях на основе применения рациональных схем, реализующих

автоматизированный режим работы дальномера, удается сокра

тить количество электроэнергии, затрачиваемой на измерение

длины линии. Однако нерациональные методы автоматизации

■очень часто приводят к неоправданному усложнению схемы при

бора, увеличению стоимости его изготовления и понижению на

дежности работы дальномера в полевых условиях. В связи с

этим создатели дальномерной техники в своей ближайшей пер

спективе ставят перед собой цель дальнейшего повышения уров

ня автоматизации на основе использования простых и надежных

в работе технических решений.

Внедрение автоматизированного режима работы в свето- и

радиодальномеры стимулировало также разработку автомати

зированных угломерных устройств, получивших название кодо

вых теодолитов. На базе совместного использования электрон

ных дальномеров и кодовых теодолитов созданы комбинирован

ные приборы, получившие название электронных тахеометров.

Последние позволяют в автоматизированном режиме выполнять

измерения как длин линий, так и углов, а также вычислять ве

личину взаимного превышения концов искомой линии, горизон

тальное проложение, погрешность выполненных измерений и

другие интересующие потребителей величины. Во многих элект

ронных тахеометрах получаемая информация передается для

хранения в подключаемые к прибору внешние портативные за

поминающие устройства. Последние в камеральных условиях

используются в качестве входных устройств для передачи в ЭВМ

хранящейся в них информации с целью дальнейшей обработки.

Такая технологическая цепочка позволяет исключить из обра

щения полевой журнал.

К недостаткам разработанных в последние годы электрон

ных тахеометров следует отнести сложность их устройства и вы

сокую стоимость изготовления. В результате применение таких

приборов на отдельных видах топографо-геодезических работ

оказывается экономически неоправданным. Исходя из этого,

многие фирмы и заводы-изготовители, выпускающие электрон

ные тахеометры, уделяют значительное внимание поиску тех

нических решений, которые позволили бы существенно упростить

используемые схемные решения и уменьшить тем самым стои

мость приборов, а также повысить надежность их работы в по

левых условиях.

§ 35. РА С Ш ИРЕН И Е ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

Д А ЛЬНО М ЕРО В

При проведении разнообразных топографо-геодезических работ

в современных условиях все настоятельнее выдвигаются требо

вания существенного расширения эксплуатационных возможно

стей геодезической (в том числе и дальномерной) техники. Так,

в районах с плохими климатическими условиями возникает не

обходимость применения таких технических средств, которые

позволяли бы проводить измерения при любых условиях види

мости (при наличии тумана, дымки, повышенной запыленности

воздуха и т. п.). Все более экономически необоснованным ста

новится выполнение трудоемких подготовительных работ, свя

занных прежде всего со строительством геодезических наруж

ных знаков. Решение этой проблемы обусловливает необходи

мость разработки технических средств и методов, позволяющих

выполнять дальномерные измерения при отсутствии прямой ви

димости между конечными пунктами. На отдельных видах то-

пографо-геодезических и маркшейдерских работ исключается

возможность не только постройки наружных знаков, но и за

крепления марок, а также установки на удаленном конце линии

отражателя. На повестку дня ставится вопрос о развитии даль

номерной техники, позволяющей выполнять измерения до раз

личного рода диффузно отражающих поверхностей.

Одно из перспективных направлений дальнейшего развития

дальномерной техники связано с решением проблемы полной

автоматизации всего цикла выполняемых топографо-геодезиче-

ских работ на базе использования специализированных автома

тизированных комплексов, устанавливаемых на соответствую

щих движущихся объектах.

Отдельные из перечисленных выше проблем уже нашли свое

практическое воплощение, а другие находятся на стадии иссле

дований. В связи с этим рассмотрим вкратце основные подходы,

которые используются в настоящее время при решении пере

численных проблем.

Как известно, особенности создания «всепогодных» дально

меров неразрывно связаны с правильным выбором в качестве

носителей информации об измеряемой дальности соответствую

щих излучений, способных не только беспрепятственно распро

страняться вдоль измеряемой линии при любых метеорологиче

ских условиях, но и сохранять при этом определенную траекто

рию. Это необходимо для того, чтобы имелась возможность

однозначного отождествления траектории, представляющей ту

или иную пространственную кривую, с интересующей геодези

стов длиной линии между конечными пунктами.

Накопленный к настоящему времени опыт свидетельствует

о том, что этим требованиям в наибольшей степени отвечают

радиоволны следующих диапазонов: для высокоточных измере

ний линий длиной до нескольких десятков километров с погреш

ностью, не превышающей 1 м,-— УКВ диапазон; для измерения

линий протяженностью в несколько сотен километров с погреш

ностью 10—20 м — средневолновый диапазон; для измерения

линий протяженностью в несколько тысяч километров с погреш

ностью, соответствующей нескольким сотням метров, — длинно

волновый и сверхдлинноволновый диапазоны. В связи с этим

в ближайшей перспективе наряду с совершенствованием даль

номеров, работающих в оптическом диапазоне и обеспечиваю

щих наиболее высокую точность измерений, предусматривается

дальнейшее развитие и совершенствование «всепогодной» ра-

диодальномерной техники. На базе использования этой техники

успешно решается также и проблема измерения длин линий,

исключающая необходимость постройки геодезических наруж

ных знаков. В частности, на отдельных видах геодезических

работ уже в настоящее время находят применение радиодаль

номеры с выносными приемопередатчиками, устанавливаемые на

перевозимые раздвижные мачты высотой до 30 м. Примером

технического средства может служить радиодальномер «Луч».

На линиях значительной протяженности (до нескольких со

тен километров) находят применение радиодальномерные си

стемы, базирующиеся на использовании отражений, образую

щихся при тропосферном рассеянии радиоволн. Характерная для

таких измерений искривленная траектория распространения ин

формационных радиосигналов позволяет вычислить длину линии

между конечными пунктами с ошибкой в несколько метров.

Проблема измерения расстояний до диффузно отражающих

поверхностей (стены зданий, поверхности земных пород, встре

чающихся при выполнении маркшейдерских работ, отдельные

объекты на земной и водной поверхности и т. п.) решается, как

правило, с использованием технических средств, работающих

в оптическом диапазоне (видимом или инфракрасном). Из-за

неопределенности отражающих свойств и неровностей диффуз

ных поверхностей дальность действия и точность измерений та

ких светодальномеров могут изменяться в широких пределах.

Для получения достаточного по величине отраженного сигнала,

обеспечивающего нормальную работу дальномера, как правило,

используется импульсный режим работы, позволяющий излучать

значительные по величине импульсные сигналы. При работе

с импульсными светодальномерами были получены отраженные

сигналы от такой диффузно отражающей поверхности, как по

верхность Луны, т. е. на расстоянии около 350 тыс. км. На зем

ной поверхности светодальномеры такого типа применяются для

измерения длин линий до нескольких десятков километров с по

грешностью, лежащей в пределах от десятков сантиметров до

нескольких метров. При дальнейшем совершенствовании тех

нических средств первоочередной задачей является проблема

повышения точности измерений.

Комплексная автоматизация линейных и угловых измерений

также позволяет существенно расширить эксплуатационные воз

можности используемых при выполнении топографо-геодезиче

ских работ дальномерных и угломерных устройств. Наибольшие

успехи в этой области достигнуты в процессе разработки элект

ронных тахеометров, при практическом использовании которых

удалось не только автоматизировать полевой процесс измерений

и вычислений, но и внедрить новые формы регистрации полу

чаемой информации, ее хранения, распечатки, а в случае необ

ходимости ввода этой информации в ЭВМ с целью дальнейшей

обработки совместно с другими данными. Такие проблемы, как

ручной перенос и ручная установка отражателя над каждой ре

перной точкой, решаются с помощью высокоавтоматизированных

топографических и геодезических систем, устанавливаемых на

транспортные средства. К этим системам наряду с высоким

уровнем автоматизации предъявляются требования «всепогод-

ности», высокой надежности работы в полевых условиях, мини

мального состава обслуживающего персонала, невысокой стои

мости изготовления и обслуживания таких систем, малого энер

гопотребления и др. Поиск компромиссных решений, удачно

очетающих в себе противоречивые требования, — одна из ос

новных проблем, над решением которой работают создатели со

временной геодезической техники как в Советском Союзе, так

и за рубежом.

ВОПРОСЫ И У П РА Ж Н ЕН И Я

1. Перечислите направления, открывающие перспективу даль

нейшего улучшения основных технических характеристик даль

номеров.

2. Для каких целей рационально использовать интерферо

метры оптического диапазона?

3. Чем отличаются дальномеры-рефрактометры от обычных

светодальномеров?

4. Какие существуют методические приемы, позволяющие по

высить точность дальномерных измерений?

5. За счет каких технических решений открывается перспек

тива дальнейшего уменьшения размеров и массы светодально

меров?

6. Какие принципы построения дальномерной техники поз

воляют уменьшить энергопотребление?

7. Какие технические характеристики удалось улучшить в ре

зультате автоматизации процесса измерений в современных

дальномерах?

8. Какие проблемы необходимо решить в области линейных

измерений с целью существенного повышения производительно

сти труда полевых бригад?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Большаков В. Д., Деймлих Ф „ Голубев А. Н., Васильев В. П. Радиогеоде

зические и электрооптические измерения. М., Недра, 1985.

2. Камен X. Электронные способы измерений в геодезии. Пер. с нем. М.*

Недра, 1982.

3. Лобачев В. М. Радиоэлектронная геодезия. М., Недра, 1980.

4. Лаурила С. Электронные измерения и навигация. Пер. с англ. М., Нед

ра, 1981.

со

о.

из

с[

е{

Си

с о

и з

о.

ей

ЕР

fr-

о.

Сц и

*=?

Он

>»

о.

с?3

еС

аа

«25

к я °

* о-Я

о >,§

\о н G

со я

сх ®*

5 I йй

Л О)

с 8-м

«"S

о о 5

оёя1

й й

■еГ1 D СО

■£

1 Л- ^

§|м

I s й

В к о

о га О

м г s

I-н а>

§* §

«Ю „

СО К SK

м з я

К ° <D

3 * Й*

ffl.ee 2

о о

О. V

U о4

о о?

X X

л я

ч н

■ <й ®

s ч s

t* 2 СР

^ 2 я

a® ч

ю к g

О Ef,5

2 я о

а 2

s s

н £>

о к

S 2

о л

н ч

О <У

t- н

СО СО

е< о.

<о S

td о

ю ft

со !

-I-

о ю

со

со со

.1.

•1*

•г

со

<м

сч

CNJ

<м

I I

<М —*

* со

CD <М

О,

со

И ~

о си

о й>

* га

9К Ч

S «

Ч *Я

гй> 3

f—. и

о ю

о г-

т*<

<м

СО

со

С) Cl

Cl Q

со

1 I

со

г!*

<м

о"

<м

^'о

S л

S »Q

cu V

со гг

я о я о

et Я

ч я

w*—'

— ''— '

о о о О О О

о о

со ю сч сч со со

со

»я

®я

Г)

я я

о.

♦е*

№ t-н А

к о

Я ^ ^

trS я

о> ^ я

Ч Л Р-

а>

*5 "Г4

О) А

ПI си

< о 8

Э*°>

U.T- к

и.

оо

«=с

«=(

О о

О) о

Ьн СО

=i-

х И

«=С

*я

П р и м е ч а н и я : * При проведении модернизации введен цифровой способ регистрации. ** В данную величину включены масса

приемопередатчика, блока управления и счетчика. *** Приведенная в данной таблице средняя квадратическая ошибка обеспечивается в

диапазоне от —6 до +43 °С.

2. Светодальномеры группы f

£ Я _

5 «

2 ^s

О 5 С

ю g-g

,? с 5

Я , К

О. а) ^

с а«-

щ v

« и я

у о5

о « L

1 *1

о о о

LO о

о о

'ф

.1.

J—

*1*

со

СЧ

сч

I I I I

I I

<х>

сч

<о

~ СЧ

t-Г

Г - СО

со" - Г

tka>U

О S .

w 00 ts

Е к Я

S.£ |

Д§

•■у

о ю

СО *—•

1Л

t*T

О 1 н

g з«

ч о

'§Ел

HgS

° § S

Cs я

<м

S «

н S3

« X

/■v Q,

* 8

ТО 25

» 2

и я

сС®

«и 3

5°

1Л

o '

* *

о о

LO Ю

+ +

ю о

о'сч

i Q

Q (С

* I

ьъц

Т <n

ю +

- + _

£ !ё -

о s—* '

<о

«о

•—«

_ с

<м

ю с о

о о

■И

<*?

Ci.

‘(Ъ

Ci.

л *

н ЕС

о х

о в

з h я

л 2 «

е «5

я «

t-f Ч

оо

CL,

Ч"

Оч

CL 'Ч

Пн

СУ U<

CQ <J

(=1

Он

РЗ

'—'

Он CU

п я

»я

<L>

о .

с>

tQ 2

и ¥

с <м

*—11

Си

а .

н н н

CL) а>

S S

се

ес

е (

о о о

<и

QJ о

и и

С?

сч

с о

+ +

со

о ю о

о о

ю ю

+ + +

•I-

•I*

•I-

•1*

о о

<м

см

сч

1 1 1 1

СО

сч

о-

t^T

00 СО

г-Г c i

со со

СЧ rj*

cs cq

<М

<N~

С)

С5

Cl Сз С)

с»

<о

со

*т т

<о

(О

со

СО (О СО со

о о о

о о

'У

'~1 1—1

1 *—• *—'

|>-

J-,

сч

со

Ю LO

+ +

СО

ю ю

о о с?

о"

сГ

о"

о" o'

о"

со

•—1

со

»-н

сГ

со

«—I

со

o«

< |

3 »33

>—I П1

и я

< 5

Он

сЗ

U «

•€н

»я

<d -

о.

\о

<! я

а |

S s

Я ' л '

'& Я

I ^

к л ¥

Я Он

я н —

Я D J3

H 2 S

я о Он

о, О, в

VO й

О н •Ь4

« ч

я ф Ч

=ЗН я

fl )

fcrf

с*

''Г

*—э

■я

Си

со

Си

»я

О)

о,

»я

о, оо

я §

s а

<о

сч

су со

<м

I я I I О г

cf х 41 ТО [* Л

а? *** a w о ч

Ч tf ^so

О § о <у И

° 2 о щ к °

в * 0 а Ч я

~ й ° 'О

и щ К О 4) S

г- о н П. «

' S и ь §

^ 2 2 55

Н и 5

Я t_ й то

В-« 2 5 3 Я

Скй«-11

S-&S s &

а а « о * в

л н w- ^ — к

< ° - к

н о w ш м °

» «S5*

g _ S ° о "

“ EsosJ

а ^ ° ж

S . I || 2 g - S

s s 9 ®* ^ 5

/п) CQ й ы К

^вО« £«Й

О .gJ Э- .Knja

bJr<Dr3ajs5

s 2 * g Й 2

0*0* .8 S 3

p! O g a CO о Q.

g K g * S:^ & 1

a 3 £ o t -m о о

S 8 b < j f *

О s Л C l5S ’S

b5q«OS a

И а з « я И я я

я£с2“«а

« ° 3 я

ГЛ к S Ц О О (н

i M* s «

О 5 в Я л

* S H а> * я к §

* <и я о* о и

• а 2 ° h s

ca<up3Sow5

*с5 а о » о '

о г то з: Я с к

4 га ? н л о о

УО СО ч ак н

ю « с о я

sg Й So* s S

g*n.-£2£g

;^ «ав®у5

g g s « g S og.

о,5 о о 2

н ^ в Ям Й 2 X

ЬЙ 4} Д cf X ® гя

«ч^о .£■ я

чу"знс^5я«

5 £ 2 я

о о и « £ о е

S н £ Л

о о) я 2 м

Я и Й « 1 Й и ^

g § °|S .S “ £

З'УХпиИиС

Д V о сч “ та к

5£а§|а1

a” gsri^sgB

& S « s g g H n g.

* я s S ^ nj'^ to

о; О) Я ^<\o

c s N

- s IB,ss-as

S^ g Sg iSg

5 a S««-8g^S

^cq5 о5ч®5

я са я °->о -

** S ° 4 .« ® s

..; Р а л О о. Р* >»

„ 2 S > > ° О Й м

^•“ овавйя

aSajKsS^s,,,

-•Й ш л я S >>ё 5J

я £^чИ£-аЗ§'

сг « ё 5« * ? «о

- 2 s s s

* S . S g 1 " s | &

* OCQ И 5 S И I ffl

л wsjai.s

,Н Ч И оО «

1—4 S —н ь > п .* Я О