Розділ 1. Фізичні основи вимірювання віддалей за допомогою електромагнітних коливань9

ЗМІСТ

ВСТУП 6

Розділ 1. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ВИМІРЮВАННЯ ВІДДАЛЕЙ ЗА ДОПОМОГОЮ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ КОЛИВАНЬ 9

1.1. Основні методи вимірювання віддалей 9

1.2. Виключення багатозначності в фазових віддалемірах 17

1.3. Деякі відомості з фізики приземного шару атмосфери 23

1.4. Швидкість розповсюдження електромагнітних коливань в атмосфері 29

1.5. Визначення показника заломлення повітря і швидкості несучих коливань 36

1.6. Інтерференційні методи 44

Розділ 2. ОСНОВНІ ВУЗЛИ СВІТЛОВІДДАЛЕМІРІВ 54

2.1. Функціональні схеми світловіддалемірів 54

2.2. Джерела світла світловіддалемірів 59

2.3. Способи модуляції світла 64

2.4. Фотоелектронні помножувачі та фотодіоди 81

2.5. Оптичні системи світловіддалемірів 85

2.6. Класифікація світловіддалемірів 95

Розділ 3. СВІТЛОВІДДАЛЕМІРИ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ 97

3.1. Характерні особливості віддалемірів першого покоління 97

3.2. Компенсаційний спосіб екстремумів 98

3.3. Спосіб мерехтіння 107

3.4. Виключення багатозначності способом наближень 109

3.5. Світловіддалемір СГ 3 111

3.6. Високоточний диференційний світловіддалемір ДВСД1200 119

3.7 Меккометри 123

3.8. Геоменсори СR 204 127

3.9. Двохвильові віддалеміри 129

Розділ 4. СВІТЛОВІДДАЛЕМІРИ ДРУГОГО ПОКОЛІННЯ 135

4.1. Характерні особливості 135

4.2. Фазовимірювальний пристрій віддалемірів другого покоління 135

4.3. Виключення багатозначності 141

4.4. Топографічні віддалеміри другого покоління 143

4.5. Геодезичні віддалеміри другого покоління 147

4.6. Геодиметри другого покоління 151

Розділ 5. СВІТЛОВІДДАЛЕМІРИ ТРЕТЬОГО ПОКОЛІННЯ 154

5.1. Характерні особливості світловіддалемірів третього покоління 154

5.2. Цифрові фазометри 155

5.3. Світловіддалеміри, в яких опорні коливання отримують

Гетеродинуванням 161

5.4. Імпульсно-фазові віддалеміри третього покоління 166

5.5 Короткий огляд зарубіжних віддалемірів 176

Розділ 6. ЕЛЕКТРОННО-ОПТИЧНІ ТА ЕЛЕКТРОННІ ТЕОДОЛІТИ І ТАХЕОМЕТРИ 186

6.1. Загальні відомості 186

6.2. Електронні системи вимірювання кутів 187

6.3. Електронні теодоліти та їх системи 201

6.4. Електронно-оптичні тахеометри 206

6.5. Електронні тахеометри 208

Розділ 7. РАДІОВІДДАЛЕМІРИ 221

7.1. Загальні відомості про радіовіддалеміри 221

7.2 Схема гетеродинного віддалеміра з активним відбивачем 222

7.3. Загальна функціональна схема теллурометрів 224

7.4. Виключення багатозначності в теллурометрах 228

7.5. Врахування в теллурометрах приладових поправок 229

7.6. Антенні пристрої радіовіддалемірів 231

7.7. Послаблення впливу відбитих від поверхні землі променів 233

7.8. Генератори несучих коливань радіовіддалемірів 236

7.9. Радіовіддалеміри десятисантиметрового діапазону 239

7.10. Радіовіддалеміри трисантиметрового діапазону 240

7.11. Радіовіддалеміри сантиметрового діапазону 247

Розділ 8. МЕТОДИКА РОБОТИ З СВІТЛО- І РАДІОВІДДАЛЕМІРАМИ 249

8.1. Метрологічне забезпечення віддалемірів. Основні питання методики 249

8.2. Дослідження віддалемірів 251

8.3. Джерела помилок віддалемірів 260

8.3.1. Аналіз помилок світловіддалемірних вимірів 261

8.3.2. Аналіз помилок радіовіддалемірних вимірювань 264

8.4. Оптимальні умови для вимірювань електронними віддалемірами 265

8.5. Поправки, які вводять в результати вимірювань віддалеміром 268

Розділ 9. ГЛОБАЛЬНІ СУПУТНИКОВІ СИСТЕМИ 273

9.1. Короткі відомості з історії створення глобальних навігаційних

супутникових систем 273

9.2. Основні концепції глобальних супутникових систем 274

9.3. Деякі відомості про параметри орбіт супутників 278

9.4. Будова системи NAVSTAR/GPS 280

9.5. Передавачі супутників системи GPS 283

9.6. Наземні приймачі системи 286

9.7. Визначення псевдовіддалей до супутника та їх різниць 289

9.8. Класифікація методів спостережень приймачами системи GPS 291

9.9. Показники якості геометричного розміщення супутників 294

9.10. Технології спостережень відносним статичним методом 295

9.11. Основні джерела помилок GPS-спостережень 299

9.12. Короткі відомості про деякі приймачі системи GPS 303

9.13. Проектування та організація робіт при створенні або згущенні

геодезичних мереж з допомогою приймачів GPS 310

ЛІТЕРАТУРА 316

ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК 318

ВСТУП

Геодезія – одна із найстаріших наук, яка розвивалась внаслідок потреб виконання вимірювань на поверхні землі. Для цих вимірювань завжди використовувались вимірювальні прилади. Найстарішим геодезичним приладом був шнур з вузлами, який служив для вимірювань довжин ліній, а також для визначення на місцевості прямого кута. До наших днів збереглись малюнки, які зображують процес лінійних вимірювань на місцевості в стародавньому Єгипті. З часом шнур замінили більш досконалими металевими стрічкою, жезлом, дротом. Але суть цих вимірювань не змінювалась до середини нашого століття, тобто вимірювання ліній зводилось до безпосереднього порівняння довжини відрізка на місцевості з мірою довжини.

У двадцятих роках нашого століття фізик Майкельсон отримав швидкість світла, визначаючи час проходження ним у двох напрямках віддалі 35 км (від гори Вільсон до гори сан Антоніо). Віддаль визначали геодезичними методами. Американський геодезист Боуі, який приймав участь в цих роботах, висказав ідею про те, що знаючи швидкість світла, можна пристроями, які використовувались в експерименті,визначати віддалі. На цей час лінійні вимірювання були найбільш трудомісткими із всіх видів геодезичних вимірювань. Високоточні геодезичні мережі створювались в основному методом тріангуляції, при якому обсяг лінійних вимірювань є зведений до мінімуму. Метод полігонометрії використовувався тільки тоді, коли для створення мережі тріангуляції потрібно було будувати високі сигнали. Тому ідея Боуі викликала інтерес і в низці країн фізики почали думати про створення на основі наукового експериментального обладнання нових геодезичних приладів для лінійних вимірювань. Ці прилади отримали назву світловіддалеміри.

Перші світловіддалеміри, які почали використовувати геодезисти для вимірювання довжин базисів в тріангуляційних мережах, сконструйовані шведським фізиком Бергстрандом і виготовлені в 1952 р. шведською фірмою AGA. Ці віддалеміри отримали назву Геодиметри. Це перші електронні геодезичні прилади. Вони дозволяли вимірювати на місцевості лінії довжиною до 40 км з точністю 1:500 000. Але вимірювання ними можна було виконувати тільки вночі, вони мали значну масу і розміри, були чутливими до вібрації під час транспортування. Незважаючи на ці недоліки, Геодиметри поступово витісняли базисні прилади, якими до того часу вимірювали базиси в тріангуляційних мережах, а також сторони полігонометричних ходів.

Успіх віддалемірів Бергстранда послужив імпульсом до конструювання світловіддалемірів в багатьох країнах світу. Тут слід відзначити оригінальний і дуже вдалої конструкції віддалемір СВВ1, створений під керівництвом В.А. Величка і В.П. Васільєва в 1953 р. у Військовій академії в Москві.

Популярність Геодиметра прискорила роботи над створенням радіовіддалемірів. Перший радіовіддалемір, теллурометр, який отримав визнання геодезистів, сконструйований в 1956 р. англійцем Уодлі. В ньому використані розробки гетеродинного віддалеміра з активним відбивачем, виконані в 30-х рр. академіками Л.І. Мандельштамом і Н.Д. Папалексі.

Великі зміни у віддалемірну техніку внесло використання в них напівпровідникових та нових джерел світла, а саме газових і напівпровідникових лазерів та світло діодів. Ці здобутки науки і техніки дозволили виконувати вимірювання світловіддалемірами вдень, зменшити масу і габарити світло- і радіовіддалемірів. Вони зробили електронні віддалеміри зручними, простими в обслуговуванні приладами. Багато фірм стало виготовляти світло- і радіовіддалеміри, бо попит на ці прилади постійно зростав. Дуже швидко електронні віддалеміри ввійшли в число основних геодезичних приладів, поряд з теодолітом і нівеліром. Віддалеміри викликали ряд змін в технології геодезичних робіт, а саме дозволили широко використовувати метод полігонометрії, а також нові методи створення планових геодезичних мереж, як трилатерація і лінійно-кутова тріангуляція. Завдяки світловіддалемірам ніщо вже не обмежує використання лінійних вимірювань в геодезичних роботах під час створення планових мереж. Їх також широко використовують в масових геодезичних роботах: при створенні мереж згущення, топографічному зніманні, різних інженерно-геодезичних роботах.

Вже з 80-х рр. почали займатись поглибленням автоматизації процесу вимірювань електронними віддалемірами. При цьому використовували мікропроцесори для управління їх роботою і для проведення необхідних обчислень. З`явилася можливість реєстрування отримуваних результатів вимірювань та обчислень.Успішна автоматизація лінійних вимірювань підштовхнула процес автоматизації кутових вимірювань, тому що для масових геодезичних робіт зручно використовувати тахеометри. Віддалемірною частиною тахеометрів служать сучасні світловіддалеміри-напівавтомати. Кутомірною частиною в перших тахеометрах був оптичний теодоліт, що створювало невідповідність рівня технічної досконалості окремих частин цього приладу. Розроблялись електронні методи визначення напрямків і кутів. В наш час стали використовувати динамічний метод визначення кутів, який має багато спільного з фазовим методом вимірювання віддалей. Розробки в цьому напрямку привели до появи сучасних автоматичних реєструючих тахеометрів, які називають повними станціями (total station). Вони є першим елементом автоматизованої системи топографічного та кадастрового знімання місцевості.

Даний підручник охоплює основну частину сучасних електронних геодезичних приладів. В ньому описані геодезичні, топографічні та презиційні світловіддалеміри, а також інтерференційні віддалемірні пристрої. Крім них розглянено електронні теодоліти, тахеометри та радіовіддалеміри. Значна увага приділена методиці проведення вимірювань електронними приладами, їх дослідженням та методам математичного опрацювання отриманих результатів.

Останній розділ присвячений розглядові всесвітніх супутникових навігаційних систем та їх використанню в геодезії. Слід відзначити, що ці системи привели до революційних змін в світогляді геодезистів. До цього часу носіями координатної системи в геодезії служили знаки, закріплені в земній корі, або капітальних спорудах, тобто так, щоб вони були непорушними. У всесвітніх системах координатної системи є штучні супутники Землі, тобто рухомі об`єкти. Використання цих систем дозволило суттєво змінити технологію більшості геодезичних робіт.

Підручник призначений для студентів геодезичних і споріднених спеціальностей. Це обумовлює зміст викладеного в підручнику матеріалу, а саме все в підручнику націлене на можливість свідомого використання нових електронних приладів в інженерно-геодезичних роботах.

Дата добавления: 2015-08-29