Конспект лекцій для студентів спеціальностей 07 09 04 "Землевпорядкування та кадастр"



Сторінка4/9
Дата конвертації18.04.2016
Розмір2.99 Mb.
#12824
ТипКонспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9

34. Тахеометри


Тахеометри – це прилади, що визначають напрям, довжину лінії і перевищення.

Розрізняють 2 типи тахеометрів:

1)Оптико-механічні;

2)Електронні або повністю автоматичні.

Оптико-механічні тахеометри мають всі ознаки теодоліта, доповненого далекоміром. Особливістю є нівелір – тахеометр, що застосовується для знімання плоского рельєфу.

Оптико-механічні тахеометри також поділяються на два різновиди:

1) Обчислення відстаней і перевищень виконується за допомогою таблиць і розрахунків. Такі тахеометри називають нередукційними.

2) Редукційні тахеометри дають можливість автоматично визначати горизонтальне проложення лінії або перевищення по відповідних шкалах (номограмах), в полі зору труби.

За конструкцією можуть бути „теодоліт-тахеометр” і „нівелір-тахеометр”. Бусольні тахеометри вже не застосовуються.

Нівелір-тахеометри представляють собою комбінацію нівеліра, доповненого горизонтальним кругом, а в зоровій трубі є далекомірні штрихи для визначення відстаней.

Недоліком нередукційнмх тахеометрів є необхідність значних обчислень. Є такі оптико-механічні тахеометри: Редта-002 з бікліновим компенсатором, авторедукційний тахеометр з базисом при інструменті та інше.

35. Авторедукційний тахеометр з базисом при інструменті.


При топозніманнях забудованої території для спеціальних робіт застосовують авторедуційні тахеометри з базисом при інструменті BRT-06.

Його оптична схема така:

2

6
5


7

4

3



1

Рис.10.1. Оптична система авто редукційного тахеометра

1 – окуляр;

2 – прямокутна призма ;

3 – пара напівлінз;

4 – об’єктив;

5 – пентапризма з постійним кутом відхилення (нерухома);

6 – рухома пентапризма з кутом ;

7 – вимірювальна лінійна з ціною поділки .

При роботі з цим тахеометром реєчник непотрібний. Відстань визначається безпосередньо до предмету. Так як нерухома призма має постійний кут відхилення 0, а рухома - пересувається, то стає

можливим виконати з’єднання зображень в одній точці, тобто утворюється малий паралактичний кут 0 з перемінною базою при лінійці.
36 Електронні тахеометри.

Вітчизняні автоматичні електронні тахеометри виготовляють декількох типів. Серед них мають найбільше застосування електронні тахеометри Та-5 та Та-3.

Наведемо основні характеристики та призначення електронного тахеометра Та-5.

Це прилад, що об’єднує теодоліт, світловіддалемір та інші спеціальні устрої. В автоматизований комплекс, що забезпечує отримання карт і планів з мінімальними похибками спостережень, входять:



  1. Безпосередньо тахеометр.

  2. Реєстратор інформації.

  3. Перетворювач.

  4. Міні ЕОМ.

  5. Графопобудувач.

Тахеометр може комплектуватись:

  1. з візуальним зйомом інформації по кутомірних кругах;

  2. з автоматичним зйомом інформції: похила відстань і в першому, і в другому випадку обчислюється горизонтальне проложення автоматично.

Та-5 з візуальною реєстрацією має такі характеристики:

  1. СКП вимірювання кутів (вимірюється в гонах).

  2. Діапазон вимірювання відстаней від 0,5 км до 3 км з похибкою 20 мм.

  3. Діапазон вимірювань вертикальних кутів = 400.

  4. Відліковий пристрій забезпечує:

а) ціну поділки лімба: 1 гон=0.9є;

б) ціну поділки шкали мікроскопа: 10 мгон.

10мгон=0.01гон=0.54’’

Можлива точність відліку 0.001гон=3.2’’.

Точність оцінки: Горизонтальний круг – 0.0018гон=6’’ Вертикальний круг – 0.0030гон=11’’.


  1. Вертикальний круг має компенсатор. Похибка недокомпенсації 2 в діапазоні 3 .


Призначення тахеометра :

  1. Вимірювання кутів;

  2. Вимірювання відстаней;

  3. Визначення приростів координат (х; y);

  4. Визначення перевищень;

  5. Автоматична побудова рельєфа і ситуації.

Конструктивно тахеометр розроблений на базі номограмного ТаН, а відстані на базі СТ- 5.

В комплект входять відбивачі, штативи, віха, джерело живлення (12В).

Тахеометр Та –3 повністю з автоматичним зйомом інформації.

37 Спеціальні геодезичні прилади.

До них можна віднести:

1. Лазерні геодезичні прилади;

2. Фотоелектричні автоколіматори;


  1. Гіротеодоліти.



Літнарович Руслан Миколайович к.т.н., доцент.

Електронні геодезичні прилади

V семестр

V – СЕМЕСТР.

Частина II.

Лекція 1.

Основні методи вимірювання віддалей.

Якщо виміряти проміжок часу, за який електромагнітні хвилі пройшли шлях d, то можна визначити його довжину: (1.1), де

- час проходження електромагнітними хвилями шляху d;

=300000 км/с швидкість розповсюдження ЕМ коливань.

Для визначення проміжку часу необхідно зафіксувати моменти проходження хвилею початку та кінця шляху, тобто початку та кінця віддалі.



Набагато простіше визначити такий проміжок часу, коли його початок і кінець фіксуються в одній точці. Це є можливим, коли електромагнітні коливання проходять лінію 2 рази. Тому на одному кінці лінії хвилі повинні відбиватись. Тоді (1.2).

Схема світловіддалеміра (електронного).

ПЕРЕДАВАЧ

Прямий (опорний) промінь
ВИМІР. ПРИСТРІЙ

ПРИЙМАЧ


А

В

S



ВІДБИВАЧ

Рис. 1.1 Загальна схема електронного віддалеміра (основні вузли)


Замість проміжку часу можна вимірювати зміну відомої функції часу, яка відбулася за час дворазового проходження променя вимірюваної лінії. Це призводить до змін конструкції та функціонування світловіддалеміра. У звязку з цим класифікацію методів вимірювань за допомогою електромагнітних хвиль проводять за тією фізичною величиною, зміну якої визначає вимірювальний пристрій.

Існує 3 методи вимірювання:

1) Часовий (найбільш наочний) або імпульсний;

2) Фазовий;

3) Частотний.
1.1 Часовий метод

Основна частина імпульсу проходить вимірювану лінію 2 рази. Передавач випромінює імпульси електромагнітних коливань. Вимірюваний пристрій визначає час запізнення приходу на нього відбитих імпульсів відносно прямих. Формула (1.2) є основною формулою часового методу.



(1.3) – СКП визначення довжини лінії;

- СКП визначення часу .

В польових умовах час визначається з точністю , тобто 10 нсек.

Невелику частину кожного імпульсу в напрямі відбивача подають на вимірювальний пристрій. Цю частину називають прямим або опорним імпульсом.

Згідно з формулою (1.3) СКП визначення часу дасть СКП визначення лінії 1,5м. Таке значення похибки матиме місце на довгих і коротких лініях, що обмежує застосування імпульсного віддалеміра в геодезії. Вказана точність може задовільнити геодезистів на віддалях, не коротших 100 км. Лінії такої довжини вимірюють радіогеодезичні і супутникові системи.

Переваги часового методу: велика потужність у випромінюваному імпульсі при низькій потужності живлення СД. Тому при однаковій потужності живлення радіус дії імпульсного СД є завжди більшим, ніж у СД з безперервним випромінюванням. У радіовисотомірів приймач приймає імпульси, відбиті від поверхні Землі.

Тепер знаходять застосування лазерні, імпульсні СД, які дозволяють вимірювати з високою точністю значні відстані до об’єкта. Імпульсні СД знайшли застосування при вимірюванні ліній до Місяця і ШСЗ.



1.2 Фазовий метод вимірювання вимагає того, щоб передавач віддалеміра безперервно випромінював вздовж лінії гармонічні коливання – групу періодичних коливань, що записується рівнянням:

або (1.4), де

- амплітуда гармонійних коливань.

Аргумент або - поточна фаза, що є лінійною функцією часу і визначає стан гармонійно змінюваної величини в момент часу . Фаза вимірюється в кутових величинах. Величини і називають початковими фазами. Їх значення обумовлене вибором початку відліку часу. Фаза є пропорційна до частоти коливань. - кількість циклів коливань, що здійснюються за 1 сек. Одиницею частоти є Герц.



,

Частота коливань є обернено пропорційна до періоду коливання:



, (1.5)

Період – час, за який здійснює 1 повний цикл коливання. Відрізок, на який розповсюджується хвиля, називається довжиною хвилі коливання:



, (1.6)

Коливання, які випромінює передавач, проходять вимірювальну лінію, відбиваються, ще раз проходять лінію та приймаються приймачем.

Роль вимірювального пристрою в фазовому методі виконує фазометр, який вимірює різницю фаз коливань, що потрапляють на нього. Запишемо рівняння фаз коливань, що йдуть на фазометр в момент часу .

Фаза прямих коливань: (1.7)



(1.8), (1.9)

Різниця фаз прямих і відбиваючих коливань: ,(1.10)

Як бачимо, різниця фаз пропорційна до часу та вимірювальної частоти. Виразимо в (1.9) час через S у формулі (1.2):

, (1.11) – основна формула фазового методу. φ= φпр- φвідб

З (1.11) видно, що для визначення довжини лінії фазовим методом необхідно вимірювати різницю фаз та знати їх частоту і швидкість розповсюдження в повітрі. Виміряна різниця фаз містить помилку . В звязку з цим обчислимо довжину лінії з помилкою

(1.12)

Для зменшення впливу помилки вимірювання різниці фаз на точність випромінювання довжин лінії необхідно збільшувати частоту. Фазометріи дозволяють одержувати довжини ліній з достатньою точністю з частотою не менше 10 МГц. Тому такі вимірювальні частоти використовують в фазових віддалемірах.

Коливання з частотою 10 МГц розповсюджуються в атмосфері не прямолінійно. Тому у віддалемірі вимірювальні частоти переносяться вздовж вимірювальних ліній на надвисокочастотних несучих коливаннях, траєкторію яких в атмосфері можна вважати прямолінійною.

У великій групі віддалемірів несучими коливаннями є коливання оптичного діапазону, частота яких більша від 1000 ГГц. Ці прилади називаються світловіддалемірами.

Є група віддалемірів, в яких використовують ультрокороткохвильові несучі коливання , частота яких 3-30ГГц. Їх називають радіовіддалемірами. Вимірювальні коливання модулюють частоту , амплітуду або інші параметри несучих коливань.

Модуляцією називають закономірну зміну будь-якого параметра коливань.

(1.13), де

/2- півдовжина хвилі вимірювальної частоти (своєрідна одиниця міри довжини лінії , бо саме з нею порівнюють довжину лінії).

Коефіцієнт показує , скільки разів /2 вклалася в довжину лінії.

Фазометри віддалеміра дозволяють вимірювати різницю фаз тільки в межах одного періоду, тобто вони вимірюють тільки фазовий домір. Ціле число N фазометри не вимірюють. Якщо довжина вимірювальної лінії є меншою /2, то фазовий віддалемір вимірює її однозначно , тому /2- є однозначно визначуваною віддалю, на даній вимірювальній частоті. Незважаючи на цей недолік, фазовий метод зайшов дуже широке застосування. Він використовується практично у всіх СД і РД, а також в радіогеодезичних і супутникових системах. Фазометри мають шкалу , з якої під час вимірювань знімають відліки. Вони є фазовими домірами в поділках шкали.
Лекція 2.

2.1 Частотний метод з модульованими коливаннями. Може ґрунтуватися на двох різних принципах: один – на використанні частотно-модульованх несучих коливань ; другий – на ефекті Доплера. В першому варіанті несучу частоту модулюють так, щоб вона змінювалась згідно лінійному закону, тобто так, щоб була простою залежність між зміною частоти та часом , за який ця зміна відбулася. Половина періоду частоти модуляції несучих коливань Т/2 = 1/2f повинна бути більшою від часу проходження електромагнітними хвилями подвійної лінії у всьому радіусі дії віддалеміра, тобто, щоб T/2>2Smax/. Коливання , які 2 рази пройшли виміряну лінію приймає приймач і разом з частотою прямих коливань передає їх на виміряний пристрій. Покажемо графік зміни частоти в частотному віддалемірі.

Графік зміни частоти в частотному віддалемірі

У вимірювальному пристрої визначають різницю прямих і відбитих коливань (), що буде

(2.1)

- частота коливань, які випромінює передавач в момент часу t

- частота коливань, які приймає приймач в момент часу t.

Різниця частот залежить від довжини лінії , або часу τ. На рис 2.1 суцільною лінією показаний графік зміни частоти прямих коливань, модульованих за законом “трикутника”. Штриховою лінією нанесений графік зміни частоти відбитих коливань. Як видно з рисунка , різниця частот прямих і відбитих коливань є постійною , за винятком дуже малого проміжку часу, чим нехтують. На основі рисунка можна записати.



(2.2) де - виміряне значення різниці частот;

F- амплітуда зміни частоти;



(2.3) Т- період частоти модуляції несучих коливань.

(2.4)

(2.5) - основна формула частотного методу за законом “трикутника”.

Частотний метод з модульованими коливаннями застосовується в радіовисотомірах, а також в системах м’якої посадки космічних апаратів.



2.2. Частотний метод, заснований на ефекті Доплера.

Другий спосіб застосовує ефект Допплера. Його використовують тільки в тих випадках, коли віддаль між передавачем і приймачем швидко змінюється. Він передбачає, що рухомий передавач безперервно випромінює ЕМ коливання частоти . При цьому методі не модулюють коливань, які випромінює передавач. Нерухомий приймач на поверхні землі приймає ці коливання. Через те, що віддаль між передавачем і приймачем швидко змінюється, частота коливань, які проходять на приймач, відрізняються від частоти випромінюваних передавачем коливань. Ця зміна частоти є виявленням ефекту Допплера. Частота прийнятих коливань:



, (2.6)- де - частоти коливань які випромінює передавач;

- швидкість передавача;

- кут між напрямком;

- швидкість ЕМ коливань.

У зв’язку з тим, що швидкість навіть у випадку його розміщення на ШСЗ в багато раз менша від , то значення підкоріного виразу є дуже близьким до 1. Величини є складовою швидкості передавача в напрямі на приймач або радіальною швидкістю , тобто



(2.7)

Приймаючи до уваги вищесказане, запишемо: , (2.8)



, (2.9), де

- частота Допплера.

Її вимірює частотомір на наземній станції віддалеміра.


2.3. Схема допплерівського віддалемірного пристрою (показано на рис. 2.2)

Схема Допплерівського віддалемірного пристрою

Для визначення частоти Допплера на наземній станції є генератор, який генерує коливання такої ж частоти, яку випромінює передавач, тобто . Коливання з приймача з частотою з генератора йдуть на змішувач. З нього отримують коливання, частота яких дорівнює різниці частот . Частоту цих коливань вимірює частотомір.Даний принцип реалізований у приймачах GPS.

Лекція 3.
3.1. Виключення багатозначності за наближеним значенням виміряної лінії.

За час проходження сигналу від передавача до приймача, фази прийнятого і випромінюваного сигналів будуть відрізнятися на деяке число цілих (від до ) циклів, і вимірюваної за допомогою фазометра в межах одного циклу його частини , тобто



, (3.1)

Кількість повних фаз циклів , які вміщаються у вимірювану віддаль, залежить в основному від значення масштабної частоти. З рис.3.1 видно, що



, (3.2)

Формула (3.2) дає можливість виключити багатозначність за наближеним значенням виміряної лінії.



, (3.3)

λ/2 λ/2


+mD

+mD



Рис.3.1. Поширення сигналу «Передавач-відбивач»


Масштабною частотою називається відповідна довжині хвилі частота f, до якої відноситься вимірюваний фазовий зсув. Вимірювана віддаль дорівнює деякому числу напівхвиль . Тобто величина є лінійною мірою, за допомогою якої проводиться вимірювання віддалі. Це своєрідна масштабна одиниця довжини

, .

Обчислене значення N заокруглюють до цілого і підставивши у (3.1) отримують можливість визначити вимірювану віддаль. Похибка заокруглення mn повинна бути 0,5, що обумовлює похибку у віддалі , (3.4).

Таким чином, для того, щоб достовірно визначити число цілих фазових циклів, які вкладаються у виміряну віддаль, наближене його значення повинно бути відоме з похибкою не більше 0,25 довжини хвилі масштаба частоти.

Приклад 1.

Нехай масштабна частота f=30МГц. З якою похибкою необхідно визначити наближене значення вимірювальної віддалі?

За відомою формулою: , (3.5) отримаємо .

Тоді =2,5м.

Таким чином карта масштабу 1:5000 і крупніше може задавільнити необхідну точність. Типові значення масштабних частот лежать в діапазоні 10...500 МГц. При f=10 МГц =7,5м. Знати з такою точністю досить велику віддаль практично неможливо, навіть при наявності великомасштабних карт. Тому даний метод не може забезпечити виключення неоднозначності (за виключенням випадків коротких ліній).

3.2 Виключення багатозначності при плавній зміні частоти (одноступеневий спосіб).

Плавна зміна масштабу частоти дає можливість визначити ряд величин довжин хвиль, які ціле число раз вкладаються у виміряну віддаль, тобто .Вимірявши точне значення першої і останньої (к – тої) частоти, знаходять кількість цілих циклів, наприклад на к – тій частоті. Нехай , (3.6) і , (3.7), де число циклів nk=Nk-N1, (3.8), або n=k-1.

Прирівнюючи ліві і праві вирази (3.6) і (3.7) отримаємо: , звідси



, (3.9).

Віднімемо ліву і праву частини (3.9) від Nk: . З врахуванням (3.8) будемо мати: , (3.10) або , (3.11).

Переходячи від довжини хвилі до частоти (), отримаємо:

, (3.12).

При цьому fk більше f1. Таким чином, суть способу виключення багатозначності з плавною зміною частоти полягає у вимірюванні віддалі на двох частотах (f1 іfk) і вимірювані в процесі спостережень різниці m числа періодів в діапазоні плавної зміни частоти в межах від f1 до fk. При цьому величину , (3.13) роблять рівним нулю, що досягається спостереженням екстремальних світлових потоків. У трьох рівняннях маємо три невідомі: D1, N1, Nk. Розраховуючи число Nk за формулою (3.12), заокруглюють число Nk до цілого і підставляють у формулу , (3.7) і отримують шукану віддаль.

Для надійного виключення багатозначності (середнє квадратичне значення відхилення числа N повинно бути не більше 0,17 похибки, якіа може бути допущена).

Похибка приведення величини до нуля розраховується за формулою:



(3,14),

, (3,15) де

- СКП визначення частоти в Гц;

- СКП визначення різниці фаз в градусах.

- коефіцієнт багатозначності.

Похибкою у визначенні швидкості світла можна нехтувати через її малу величину. Однуступеневий спосіб виключення багатозначності використовується у всіх віддалемірах з компенсаційною коміркою Керра. Негативними факторами цього методу є те, що при односторонньому способі виключення багатозначності в комплекті віддалеміра необхідно мати прилад для визначення частоти.

Нижня межа довжин ліній, які можна вимірювати віддалеміром, залежить від діапазону зміни частоти :

(3.16), де - найкоротша віддаль, яку можна виміряти віддалеміром з діапазоном зміни частоти .

Приклад 2. Для СД СВВ-1 при і маємо:



, а .

Така точність досягаєтьсяу приладах при вимірюванні частоти модуляції гетеродинним хвильоміром і спостереженні різниці фаз візуально.

Знайдемо число цілих циклів, наприклад, на першій частоті:

,

,

,

, (3,17)

,

, (3,18)

Приклад 3. На 7-ми довжинах хвиль у виміряну віддаль вложилась ціла кількість фаз циклів, причому , а . На першій частоті отримаємо:



,

,

На сьомій частоті:



≈48,

,

,

.
3.3 Виключення багатозначності при вимірюваннях на фіксованих частотах.

Для виключення багатозначності може бути використаний ряд фіксованих частот (звичайно 3 або 4). В основу метода положено ідея: неоднозначності не буде, якщо , тобто довжина хвилі масштабної частоти буде більшою подвоєної віддалі або . В даному випадку безпосередньо вимірюється фазовий зсув , який дасть можливість знайти віддаль :



, (3,19)
f1

f2

f3

Рис. 3.2 Безпосереднє вимірювання фазового зсуву

Приклад 4.

Для однозначного виміру лінії. Приймемо Знайдемо виміряну віддаль, якщо .



Приймемо довжину хвилі постійною, і диференціюючи формулу, отримаємо: , (3.20)

Де mD – СКП виміру лінії;

- СКП виміру різниці фаз.

Приймаючи до уваги, що технічні можливості фазометрів обмежуються, точність виміру різниці фаз приблизно 10.





- недостатня для геодезичних вимірів.

Уточнимо довжину лінії на більш короткій довжині хвилі дорівнює похибці заокруглення.

mN повинно бути , що обумовить похибку у віддалі mD:

, (3.21)











- уточнена довжина лінії.

Продовжуючи вімірювання на більш коротких хвилях, можна досягнути необхідної точності. Такий метод виключення багатозначності називається методом рознесених фіксованих частот.




  1. 3.4. Виключення багатозначності на близьких фіксованих довжинах хвиль (частот).

Виключення багатозначності може бути виконано і на близьких по значенню фіксованих довжинах хвиль (частот). При цьому використовують довжини хвиль:

,

Подальші дії аналогічні до методу рознесених частот.


Лекція 4.

Функціональні схеми світловіддалемірів.

  1. Каталог: bitstream -> ntb
    ntb -> Ієрархічні моделі та інформаційні технології оперативного управління в умовах надзвичайних ситуацій
    ntb -> Національний університет "Львівська політехніка" На правах рукопису Галайко Богдан Миколайович
    ntb -> Вячеслав Борисов, м. Слов’янськ Олена Ткаченко
    ntb -> Загальна характеристика роботи
    ntb -> Національний університет „львівська політехника” ланько олег Миколайович
    ntb -> Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національний університет «Львівська політехніка»
    ntb -> Національний університет „львівська політехніка”
    ntb -> Цуркан олександр васильович
    ntb -> Національний університет «Львівська політехніка»
    ntb -> Військово-організаційна та громадська діяльність


    Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9




База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2022
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка