Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

При измерении расстояний импульсным методом измеря­ется непосредственно время распространения коротких, регу­лярно следующих со сравнительно долгими паузами импульсов, которые излучаются установленным в начале линии приемо­передатчиком, проходят расстояние до отражателя на конце линии и возвращаются к ее началу. Искомое расстояние вы­числяется по формуле (1.24).

При импульсном излучении передатчик работает лишь в течение коротких промежутков времени, равных длительности импульсов (рис. 4,а). Отношение периода повторения импуль­сов Гп к длительности импульсов ти называется скважностью. Используемые для измерения дальности импульсы должны иметь исключительно малую длительность и очень большую скважность (более 1000).

В реальных системах энергия излучается обычно в виде высокочастотной несущей волны, на которую эти импульсы на­лагаются. Для этого применяется амплитудная или частотная модуляция (при импульсах почти прямоугольной формы гово­рят об амплитудной или частотной манипуляции). Вследствие более простой осуществимости и существенно меньшей средней мощности излучения амплитудная манипуляция предпочтитель­нее; в течение длительности импульса излучаются высокоча­стотные колебания постоянной амплитуды, а в паузах между импульсами излучение отсутствует (рис. 4,6). При частотной манипуляции амплитуда излучаемых колебаний остается по-

Чтобы полученная величина измеряемого расстояния D была однозначной, период следования импульсов должен быть больше времени пробега Т2D импульсом измеряемой линии туда и обратно. В этом случае отраженный сигнал достигает х^три — емника раньше, чем излучается следующий импульс. Чем ко­роче расстояние, тем выше допустимая частота следования им­пульсов Fu= 1/7п.

Требуемая точность измерения времени т2d определяется формулой (1.25) предыдущего параграфа. Для получения сан­тиметровой точности определения расстояния необходимо из­мерять время распространения импульса с ошибкой в десятые доли наносекунды. Точность регистрации импульсов зависит от возможностей фиксации опорных точек импульса (которые являются точками начала отсчета при измерении времени про­бега) и, прежде всего, от крутизны фронтов импульса. Возни­кающие при этом погрешности определения в-ремени пробега в современных радиочастотных системах приводят к ошибкам измерения дальности порядка нескольких дециметров. Поэтому для точной дальнометрии импульсный метод с использованием радиочастотных импульсов в общем случае оказывается не­пригодным.

Развитие лазерной техники позволило получать оптические импульсы длительностью от 10 до 0,1 нс[2]. Соответствующие
ошибки измерения расстояний при этом составляют от 1 м до единиц сантиметров. Импульсные лазеры позволяют получать более высокие излучаемые мощности, чем лазеры с непрерыв­ным излучением, что дает возможность измерять очень боль­шие расстояния. Производимые в космической геодезии изме­рения дальностей до Луны или искусственных спутников Земли, когда длина трассы достигает многих тысяч километ­ров., даже при невысокой абсолютной точности обеспечивают большую относительную точность. Если, например, время про­бега определяется с точностью 1 нс, то при измерении рас­стояния до Луны ее удаление от Земли определяется с по­грешностью ±15 см. Относительная ошибка при этом состав­ляет 5- І О-8. Большая мощность передатчика позволяет также измерять дальности до объектов, не снабженных специальными отражателями, например определять высоты над земной по­верхностью с летательных аппаратов или измерять глубины в море.

В последнее время были созданы также электрооптические дальномеры со светодиодами для измерения малых расстоя­ний, использующие импульсный метод измерений.

Обобщенная схема построения импульсного дальномера изображена на рис. 5. Электромагнитные (световые) волны от источника излучения при помощи модулятора превращаются в импульсы с амплитудной или частотной модуляцией. Моду­лирующие импульсы поступают на модулятор от формирова­теля импульсов, который преобразует синусоидальные колеба­ния генератора с постоянной частотой в последовательность импульсов с постоянной и высокостабильной Частотой повторе­ния Еп. Полученные таким образом сигналы, которые в случае необходимости могут быть усилены усилителем, излучаются антенной (оптической системой) передатчика ію направлению к отражателю. Отражатели могут быть либо пассивными — в оптическом диапазоне (в виде зеркал или призм), либо ак­тивными (в радиодиапазоне), которые представляют собой приборы, принимающие излучение, усиливающие его и направ­ляющие усиленные сигналы обратно к началу измеряемой линии. После отражения электромагнитные волны при помощи приемной антенны (оптической системы) попадают на прием­ник, где они преобразуются в последовательность электриче­ских импульсов. Как модулирующие импульсы передатчика, так и принятые импульсы поступают на устройство измерения времени. Таким устройством может служить, например, элек­тронно-лучевая трубка; в этом случае импульсы отображаются на экране (рис. 6).

В современных приборах для измерения времени пробега вместо электронно-лучевой трубки обычно используется элек­тронный счетчик. В частности, в приборах с импульсными лазе­рами момент излучения лазерного импульса задается кварце­выми или атомными часами (рис. 7). Часть энергии этого им-

пульса отводится и служит стартовым импульсом при изме­рении интервала времени. Для этого отведенный импульс по находящемуся внутри прибора световоду подается на фотопри­емник, где он преобразуется в электрический импульс, кото­рый затем поступает на электронно-счетный измеритель вре­мени пробега, открывая счет временного интервала. Другая часть излученного импульса проходит двойное^измеряемое рас­стояние и через приемную оптическую систему также посту­пает на фотоприемник, преобразуется в электрический импульс и останавливает счет времени пробега в электронном счет­чике, выполняя, следовательно, роль стоп-импульса. Времен­ной интервал между старт-импульсом и стоп-импульсом пред­ставляет собой искомое время пробега.

Более подробно импульсные лазерные дальномеры описы­ваются в § 14.

Достоинства импульсного метода состоят в следующем:

— время пробега является непосредственным результа­том измерений, длина линии пропорциональна времени про­бега;

— осуществляется прямое измерение полной дальности, нет необходимости знать ее приближенное значение;

— измерение проводится быстро и дает результат в удоб­ной форме;

— можно измерять расстояния до объектов, не снабженных специальными отражателями, при умеренной потребляемой мощности аппаратуры, а также расстояния до искусственных спутников Земли и до Луны.

Недостаток импульсного метода —: меньшая точность по сравнению с фазовым. При измерении расстояний в наземной геодезии эта точность, как правило, не отвечает необходимым требованиям, за исключением случаев достаточно больших расстояний. Поэтому в наземной геодезии импульсный метод

Рис. 6.

Шкала ЭЛТ с круговой разверткой в импульсном дальномере.

используется главным образом в радиогеодезических системах (см. § 21), в космической геодезии он реализуется наиболее широко в оптическом диапазоне (импульсные лазерные даль­номеры, § 14).

§ 4. ФАЗОВЫЙ МЕТОД

Фазовый метод является наиболее распространенным мето­дом геодезической наземной дальнометрии и используется практически во всех свето — и радиодальномерах и в большин­стве радиогеодезических систем. Поэтому мы рассмотрим его подробнее.

Комментарии запрещены.