§ 50. Понятие о свето- и радиодальномерах

В настоящее время в геодезии большое распространение получили электрофизические приборы для определения расстояний, основанные на принципах электронного измерения времени распространения электромагнитных волн между конечными точками измеряемой линии. В зависимости от вида электромагнитных колебаний такие приборы подразделяются на светодальномеры, использующие поддиапазон ви­димых и инфракрасных длин волн, и радиодальномеры, использующие поддиапазон радиоволн.

Свето- и радиодальномеры по сравнению с оптическими дальноме­рами обладают значительно более высокой точностью измерений и возможностью измерений больших расстояний. Приоритет в области разработки теории и конструирования этих приборов принадлежит отечественным ученым и инженерам. Теоретические основы радиодаль­номера впервые разработаны акад. Л.И. Мандельштамом и Н.Д. Папа- лекси в начале 1930-х гг. В.Я. Щеголевым был сконструирован первый советский радиодальномер, с 1936 г. приборы этого типа применялись при гидрографических работах в Арктике. Честь изобретения электро­оптического дальномера принадлежит советскому специалисту Г.И. Тро- фимуку, который в 1933 г. создал конструкцию первого в мире свето- дальномера; однако этот прибор не был построен.

Первый электрооптический дальномер был разработан и построен в 1936 г. в Государственном оптическом институте им. С.И. Вавилова сотрудниками института В.В. Балаковым и В.Г. Вафиади под руковод­ством акад. А.А. Лебедева. С начала 1950-х гг. в России был создан це­лый ряд конструкций геодезических и топографических светодально- меров, обеспечивающих измерения расстояний от нескольких метров до 50 км с точностью от 1:10 ООО до 1:500 000.

Светодальномеры. По методу определения времени прохождения света по измеряемой линии светодальномеры можно делить на импульс­ные, фазовые и комбинирован­ные.

3		{3
к	0	с2

Принцип измерения расстояния светодальномером

В импульсных светодально- мерах излучение света высокой интенсивности производится в виде кратковременных импуль­сов, а время прохождения све­товым импульсом расстояния до отражателя и обратно опре­деляется непосредственно с по­мощью быстродействующего датчика времени либо с после- Рис. 56 дующим преобразованием вре­

менного интервала. Принцип измерения расстояния импульсным све- тодальномером показан на рис. 56.

Импульс электромагнитных колебаний передатчиком 1 направляет­ся к отражателю 3; одновременно часть импульса направляется на ин­дикатор времени 4. Отраженный импульс улавливается приемником 2 и регистрируется индикатором времени. Для образования сигнала и обеспечения работы частей дальномера служит источник энергии 5. Определив время 1 прохождения импульсом пути «передатчик —отра­жатель — приемник» и зная скорость У распространения электромагнит­ных волн в воздухе, можно рассчитать расстояние между точками А и В по формуле

В = + с = + с, (51)

где V — скорость распространения электромагнитных волн в воздухе, равная V = У₀/п\ У₀ — скорость распространения электромагнитных волн в вакууме (У₀ = 299 792 458 ± 1,2 м/с); л — показатель преломления воздуха, зависящий от температуры, давления и влажности воздушной среды; — расстояние, проходимое световым импульсом от передат­чика до отражателя; с — постоянная дальномера, определяемая спе­циальными исследованиями; согласно рис. 56 с = с₁ + с₂.

Из-за трудностей фиксации моментов излучения и приема импуль­сов этот метод не обеспечивает необходимой точности измерения рас­стояний и имеет ограниченное применение в геодезических работах. Наиболее точные из импульсных светодальномеров — радиовысотоме­ры, применяются при аэрофотосъемке для определения высоты полета самолета в момент фотографирования местности. Погрешность опре­деления высоты составляет в равнинной местности около 1,2 м, в гори­стой — 2 м.

Для более точных измерений в геодезических работах получили распространение фазовые светодальномеры, в которых время прохож­дения световой волны по измеряемой длине определяется косвенно — методом сравнения фаз опорного и отраженного сигналов.

Дальнейшим развитием этого метода является импульсно-фазовый гетеродинный способ измерения, реализованный в светодальномерах типов СТ5, СП2 и электронных тахеометрах типов Та5 и ТаЗ. В комби­нированных светодальномерах используется импульсный метод для измерения в режиме «ГРУБО» и фазовый — в режиме «ТОЧНО».

В современных светодальномерах в качестве источников света ис­пользуются светодиоды и лазеры. Результаты измерений индицируют­ся на цифровом табло.

Радиодальномеры. Принцип действия радиодальномеров практиче­ски тот же, что и светодальномеров. Радиодальномер состоит из двух взаимозаменяемых приемопередающих радиостанций, размещаемых в пунктах, между которыми определяется расстояние. Радиостанции снабжены устройствами для измерения времени прохождения радио­сигналов от одного пункта до другого. В отличие от светодальномеров, на работу которых существенное влияние оказывают атмосферные условия, радиодальномеры позволяют вести измерения при любых метеорологических условиях (кроме сильного дождя) и в любое время

Г1АВА II. ШЕНЫЕ ИЗМЕРЕН!

суток. Радиодальномеры обладают большей (до 150 км) дальностью дей­ствия, чем светодальномеры. Это объясняется меньшим затуханием радиоволн в атмосфере по сравнению со световыми, а также примене­нием в радиодальномерах активных отражателей, которые ретрансли­руют сигналы, принятые от передающей станции.

Недостатком радиодальномеров являются большая постоянная часть погрешностей измерений (до 3 — 5 см) и возможность получения оши­бочных результатов вследствие отражения радиоволн от складок релье­фа и местных предметов.

В последние годы созданы радиодальномеры с отделяемыми антен- но-передающими устройствами, которые поднимаются с помощью лег­ких мачт на высоту до нескольких десятков метров (радиодальномер «Луч»), Это позволяет создавать геодезические сети методами трилате- рации и полигонометрии без постройки дорогостоящих геодезических сигналов. В настоящее время при измерениях длин сторон государствен­ных геодезических сетей 2, 3 и 4-го классов успешно применяются радиодальномеры РДГВ и «Луч», обеспечивающие измерение расстоя­ний до 30 - 40 км с точностью 1: 200 000 — 1:300 000.

Лазерные рулетки. В последнее время все большее применение в практике геодезического производства находят лазерные рулетки, по­зволяющие исполнителю измерять расстояние без посторонней по­мощи бесконтактным методом. Принцип измерения расстояний ла­зерной рулеткой тот же, что и при использовании лазерных свето- дальномеров.

Видимый лазерный луч направляется непосредственно на объект, до которого измеряется расстояние, и после нажатия кнопки на дисплее прибора появляется результат измерения с точностью до миллиметра. Лазерные рулетки типа ШЗТО (Ьеюа, Швейцария) имеет диапазон изме­рений от 0,3 до 120 м с точностью до 3 мм, причем расстояния до 30 м можно измерять без отражателя. Бесконтактный принцип работы по­зволяет использовать рулетку для измерения расстояний до объектов, которые труднодоступны для традиционных методов. Результаты изме­рений могут накапливаться в памяти прибора, их можно суммировать, умножать, производя подсчет площадей и объемов. Рулетка снабжена встроенным аккумулятором, общая масса таких приборов 600 — 800 г.

Уникальные возможности лазерной рулетки делают ее незамени­мой при проведении обмеров земельных участков, выполняемых в ходе инвентаризации земель населенных пунктов, а также при ли­нейных измерениях на стройплощадках промышленных и граждан­ских объектов.