СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСРЕДНЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА, УГЛОВ БОКОВОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕФРАКЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2010 года по МПК G01C1/00 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к способам и устройствам для геодезических измерений.

Известен способ определения показателя преломления, боковой и вертикальной рефракции при геодезических измерениях, заключающийся в измерении метеорологических элементов (давления Р, температуры Т, влажности е воздуха и их градиентов в одной (двух) точках трассы) и на основании этих данных вычислении значения показателя преломления и углов боковой и вертикальной рефракции [1].

Недостатком данного способа является то, что не учитывается неоднородность атмосферы и показателя преломления, который изменяется случайным образом во времени и пространстве, поэтому полученные таким образом значения показателя преломления воздуха n₁ (n₂) в одной точке (или в двух точках трассы), не позволяют оценить среднее значение показателя преломления для всей трассы или , а горизонтальные и вертикальные градиенты показателя преломления, определенные в одной или двух точках трассы, не равны среднему значению этих градиентов для всей трассы, т.е. Поэтому углы боковой и вертикальной рефракции, вычисленные на основании измерения метеоэлементов и их градиентов, не являются представительными для всей трассы. Для строгого решения этой задачи необходимо знать распределение метеоэлементов и их градиентов вдоль всей трассы распространения электромагнитной волны. Для этой цели необходимо измерить температуру, давление, влажность и их градиенты в каждой точке трассы, что практически не выполнимо.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является дисперсионный способ определения среднего значения показателя преломления и рефракции [2].

Сущность этого способа заключается в том, что при измерениях в начальной точке трассы устанавливают приемопередатчик, содержащий лазер (два лазера), излучающий на длинах волн λ₁ и λ₂, а в конечной точке - отражатель, от которого отраженный сигнал вновь поступает в приемопередатчик. При этом измеряют длину трассы L и разность оптических путей двух длин волн света ΔL, а также дисперсию рефракции Δr, по которым определяют среднее значение показателя преломления и рефракцию для всей трассы

Недостатком этого способа являются высокие требования точности к разности измерения оптических путей ΔL и дисперсии рефракции Δr.

Например, чтобы определить этим способом с точностью 10^-7, используя длины волн λ₁=0,44 мкм и λ₂=0,63 (гелиево-кадмиевый и гелиево-неоновый лазеры), необходимо измерить разность оптических путей с ошибкой не более 0,05 мм на трассе протяженностью 10 км. А для определения угла рефракции с точностью 1" необходимо измерять дисперсию рефракции Δr с точностью порядка 0,02". Приборы, реализующие дисперсионные способы измерения усредненных значений показателя преломления и рефракции, очень сложны и дорогостоящи и практически не могут работать в условиях турбулентной атмосферы. По этим причинам данные устройства до настоящего времени находят крайне ограниченное применение.

Целью изобретения является упрощение способа и устройства определения усредненных значений показателя преломления воздуха, боковой и вертикальной рефракции.

Указанная цель достигается тем, что пучок лазерного излучения наводят на визирную цель и измеряют горизонтальную и вертикальную составляющие флуктуаций угла прихода в фокальной плоскости приемного объектива вследствие пульсаций показателя преломления атмосферы. Кроме того, измеряют температуру и давление воздуха в одной или нескольких точках трассы. Полученные результаты используют для вычисления усредненных для всей трассы значений показателя преломления, а также боковой и вертикальной рефракции.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема устройства для определения усредненных значений показателя преломления, а также боковой и вертикальной рефракции.

Устройство представляет собой роботизированный электронный тахеометр, содержащее лазер (на чертеже не показан) для наведения на визирную цель 1 и зрительную трубу 2 с приемным объективом 3, установленную по ходу луча светоделительную пластинку 4 и далее квадрант-детектор (ПЗС матрицу) 5, состоящий из четырех фотодиодов, каждый из которых через блок сопряжения 6 подключен процессору 7.

Способ реализуется следующим образом.

Пучок лазерного излучения наводят на визирную цель 1, измеряют горизонтальную и вертикальную составляющую амплитуды колебаний пучка в фокальной плоскости приемного объектива 3 (флуктуаций угла прихода), вызываемых пульсациями показателя преломления. Производят вычисления среднеквадратического значения горизонтальной и вертикальной составляющей флуктуаций угла прихода и находят усредненное для всей трассы значение показателя преломления, а также значения угла вертикальной и боковой рефракции.

Устройство работает следующим образом.

При выполнении операции автоматического визирования отраженный от цели 1 световой сигнал попадает в объектив 3 и, отразившись от светоделительной пластинки 4, попадает на квадрант-детектор 5 (или ПЗС матрицу). Устройство сопряжения 6 преобразует сигналы с фотодиодов в дискретную форму, выбирает горизонтальную и вертикальную составляющие сигнала, формирует их и подает на вход процессора 7, который вычисляет среднее квадратическое значение флуктуации горизонтальной и вертикальной составляющей угла прихода, по которым с учетом длины трассы и значений метеоэлементов, измеренных в одной (нескольких) точках трассы, находит усредненные значения показателя преломления, а также углы вертикальной и боковой рефракции для всей трассы.

Источники информации

1. Учет атмосферных влияний на астрономо-геодезические изменения. Под редакцией Островского А.Л., М.: Недра, 1990, стр.207-210.

2. Там же, стр.65, 66 (прототип).

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к способам и устройствам для геодезических измерений. Сущность изобретения заключается в том, что определение усредненных значений показателя преломления воздуха, углов боковой и вертикальной рефракции осуществляют на основе измерений горизонтальной и вертикальной составляющих флуктуаций угла прихода в фокальной плоскости приемного объектива вследствие пульсаций показателя преломления атмосферы. Одновременно измеряют длину трассы и значения метеоэлементов в одной или нескольких точках трассы. Затем с учетом длины трассы и измеренных значений метеоэлементов вычисляют усредненные для всей трассы значения показателя преломления и углов боковой и вертикальной рефракции. Устройство для определения усредненных значений показателя преломления воздуха, углов боковой и вертикальной рефракции содержит лазер для наведения на цель, приемный объектив, после которого установлен светоделитель, а в фокальной плоскости установлен фотоприемник, выполненный в виде квадрант-детектора (ПЗС матрицы) и подключенный через блок сопряжения к процессору. Технический результат - упрощение способа и конструкции устройства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения усредненных значений показателя преломления воздуха, углов боковой и вертикальной рефракции, заключающийся в том, что лазерный пучок наводят на визирную цель и принимают отраженный сигнал, который затем обрабатывают совместно с результатами измерений метеоэлементов (температуры, давления, влажности воздуха) в одной или нескольких точках трассы, на основании чего получают усредненные значения для всей трассы показателя преломления, отличающийся тем, что после наведения на визирную цель пучка лазерного излучения измеряют горизонтальную и вертикальную составляющие амплитуды колебаний этого пучка в фокальной плоскости приемного объектива (флуктуации угла прихода), по которым с учетом длины трассы и измеренных значений метеоэлементов в одной (нескольких) точках трассы вычисляют усредненные для всей трассы значения показателя преломления и углов боковой и вертикальной рефракции.

2. Устройство определения усредненных значений показателя преломления воздуха, углов боковой и вертикальной рефракции, содержащее лазер для наведения на цель (отражатель), приемопередающую оптику и фотоприемник, отличающееся тем, что после приемного объектива установлен светоделитель, а в фокальной плоскости установлен фотоприемник, выполненный в виде квадрант-детектора (ПЗС матрицы) и подключенный через блок сопряжения к процессору.