Измерение расстояний светодальномером
Принцип измерения расстояний светодальномером
Расстояние между приемопередатчиком и отражателем (рис. 9.12) АВ определяется по формуле:
D = —, (9.23)
2
где с~300 000 км/с — скорость распространения света;
T~t2 — — время прохождения луча;
tp t2 — соответственно моменты испускания и возвращения излучения.
А В
Рис. 9.12. Схема измерения расстояния светодальномером
Чтобы обеспечить геодезическую точность (n7D«l,5 см) измерения расстояния светодальномером (принимая с = const), время необходимо фиксировать с ошибкой тх< 1 • 10“10 с, так как
mD=—m. (9.24)
d 2 г
В полевых условиях непосредственно фиксировать время с такой высокой точностью при современном уровне развития техни- 1 В 5
|
ки не представляется возможным. Поэтому т определяют косвенным путем через разность (Д|/ = ф2 — %) фазовых углов в начальный момент излучения опорного сигнала и исходящего сигнала на дистанцию и в момент возвращения отраженного сигнала. Распространение света как электромагнитное колебание можно описать уравнениями: x=Acos(o>t-l-(p0) = A соэф (9.25) или y=Asin(cor+ q>0) =Asin|/r (9.26) где А — амплитуда колебания; со = 2л/Т= 2nf— круговая частота; Т — период колебаний; f— частота колебаний; Фо — начальная фаза; t — момент времени. Таким образом, начальный фазовый угол ф| = соГ] + ф0. По возвращении сигнала конечный фазовый угол ф2 = cof2 + ф0. Разность фазовых углов исходящего и возвращенного сигнала Аф = со(Г2 — = сот, (9.27) откуда . т = ^?. (9.28) со Но Аф = 2лМ+Аф, (9.29) где N — число целых колебаний; Аф — разность фаз. Подставляя со и Аф в выражение (9.27), получим: т = 2лЛ/ + А(Р (9 30) 2nf ' откуда время прохождения луча через разность фазовых углов выразится формулой: T = lGv + ^|. (9.31) fl 2л J Расстояние, измеренное светодальномером, определим окончательно по формуле: |
|
|
166 |
с f АфА D = — N + — . (9.32) 2f 2л J |
Учитывая, что
c/f=K (9.33)
где % — длина волны модулированного света;
с — скорость света в реальной среде (с0 = 299792456,2± 1,1 м/с — скорость света в вакууме);
f— частота модуляции,
Д(р
и обозначив дробную часть - г , получим:
D-^(N + r). (9.34)
В зависимости от того, как измеряется дробная часть г, свето-дальномеры делятся на светодальномеры с фиксированными частотами (ГД-314, 2СМ2, СМ5, СТ5 и др.) и светодальномеры с плавно меняющимися частотами (СТ-62М СВВ-1 и др.). Последние уже сняты с производства.
В светодальномерах с фиксированными частотами г измеряется специальным устройством — фотоумножителем.
В современных светодальномерах результаты измерений D выдаются на шестизначное табло с точностью до 1 мм.
Величина N определяется из измерения расстояний на разных фиксированных частотах (в положениях ГРУБО и ТОЧНО).
Некоторые типы современных топографических светодально-меров и их характеристики приведены в табл. 9.1.
Таблица 9.1
|
Характеристики |
СТ5, Россия |
СТЮ, Россия |
EQK2000, Германия |
ELD12, Германия |
G-14A, Швеция |
|
S, м |
2-5000 |
2-10 000 |
0-2000 |
2-2500 |
2-10 000 |
|
ms |
10мм + 5/км |
5мм + 3/км |
5мм + 5/км |
5мм + 5/км |
5мм + 5/км |
|
Потребляемая мощность, Вт |
5 |
5 |
8-20 |
5 |
5 |
|
Напряжение источников питания, В |
6-8 |
6-8 |
12 |
6 |
6 |
|
Масса, кг |
3,8 |
4,5 |
12,0 |
4,2 |
2,5 |
