что такое импульсный метод геодезия

Импульсный метод измерения расстояния

Смотреть что такое «Импульсный метод измерения расстояния» в других словарях:

импульсный метод измерения затухания акустических волн — Метод, основанный на измерении изменения амплитуды акустического импульса при прохождении им заданного расстояния в веществе. [ … Справочник технического переводчика

ОСТ 68-15-01: Измерения геодезические. Термины и определения — Терминология ОСТ 68 15 01: Измерения геодезические. Термины и определения: 3.2.11 (геодезические) измерения координат /координатные измерения/ Вид геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной является положение… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Наземное Лазерное Сканирование — Наземный Лазерный Сканер (НЛС) это съёмочная система, измеряющая с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до точек объекта и регистрирующая соответствующие направления (вертикальные и… … Википедия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА СУДНА — установление фактич. места судна по наблюдениям береговых ориентиров визуально или с помощью радиолокаторов, по небесным светилам, по пеленгам радиомаяков, с помощью наземных радионавиг. систем или по спутниковым радионавиг. системам (РНС) с… … Морской энциклопедический справочник

Радиолокационная станция — Радар Запрос «РЛС» перенаправляется сюда; о регистр … Википедия

1: — Терминология 1: : dw Номер дня недели. «1» соответствует понедельнику Определения термина из разных документов: dw DUT Разность между московским и всемирным координированным временем, выраженная целым количеством часов Определения термина из… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Радиолокация — Содержание 1 Классификация 2 Принцип действия … Википедия

Тахеометр — Не следует путать с тахометром. Не следует путать с тахиметром. Тахеометр ге … Википедия

ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС — (ЯМР), избирательное поглощение эл. магн. энергии в вом, обусловленное ядерным парамагнетизмом. ЯМР один из методов радиоспектроскопии, наблюдается, когда на исследуемый образец действуют взаимно перпендикулярные магн. поля: сильное постоянное Н0 … Физическая энциклопедия

ГОСТ Р 50030.1-2007: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 50030.1 2007: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 2.2.11 автоматический выключатель: Контактный коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Вопрос №2 Частотный метод дальнометрии.

При частотном методе измерения дальности (рис. I.5.7) излучается непрерывный сигнал, частота которого f_зонд изменяется по пилообразному закону (рис. I.5.8).

Считаем, что цель неподвижна (R = const), тогда частота принимаемого сигнала f_пр изменяется по тому же закону, но с запаздыванием во времени на величину .

При движении цели на нас или от нас принимаемый и зондируемый сигналы на входе приемника дадут некоторую частоту биений, которая равна

.

В зависимости от t_з f_Б будет меняться, но при этом и будет меняться соотношение частот f_изл и f_отр. С учетом величины девиации и периода Т расстояние до цели r будет выражаться соотношением

. (I.5.16)

Для фиксации биений может применяться набор фильтров. Как только частота биений попадает на соответствующий фильтр, загорается лампочка с отметкой дальности. Может также использоваться 1 фильтр с электронной перестройкой частоты.

Если в зоне облучения частотного дальномера находится не­сколько целей, то каждой цели соответствует определенная частота биений и все эти частоты фиксируются спектроанализатором даль­номера. Минимальная разность частот биений двух целей, при ко­торой эти частоты могут быть раздельно зафиксированы анализа­тором. Этой разности соответствует разность расстояний R, характеризующая разрешающую способность частот­ного дальномера по дальности. Таким образом, точность и разре­шающая способность частотного дальномера определяются девиа­цией частоты f_м, т. е. шириной спектра излучаемого сигнала.

Особенность частотного дальномера состоит в том, что при дви­жении цели вследствие эффекта Доплера возникает дополнительное смещение частоты принимаемых колебаний относительно частоты излучаемых колебаний.

К достоинствам такого метода относится:

Использование передатчика с малой мощностью излучения, т.к. это непрерывный режим;

Возможность измерение малых дальностей, поскольку здесь нет мертвой зоны;

Кроме измерения дальности можно измерить скорость объекта.

Недостатки:

Необходимо иметь две антенны;

Высокие требования к линейности ЛЧМ сигнала;

Пример. Простейшим примером частотного радиолокатора, рассчитанного на работу по единственной цели, является авиационный частотный радиовысото­мер (радиоальтиметр), используемый при посадке или полетах на малых высотах. Для измерения малых расстояний пригодны импульсные радиоло­каторы с не модулированным по фазе радиоимпульсом малой длительности или со сложно-модулированным сигналом, имеющим широкую полосу частот. Такую полосу сравнительно просто обеспечить, используя непрерывное из­лучение частотно-модулированных колебаний с большой частотной девиа­цией.

Частота биений в таких высотомерах обычно определяется с помощью счетчиков биений. С этой целью колебания частоты биений ограничиваются сверху и снизу и дифференцируются. После дифференцирования оставляют импульсы только одной полярности, используя их для зарядки конденсатора. При симметричном законе модуляции частоты число импульсов за период модуляции определяется выражением

.

Заряд конденсатора за период модуляции будет где q — заряд, сообщаемый одним импульсом. Напряжение на конденсаторе измеряется галь­ванометром, шкала которого градуируется в метрах. Приход только одного импульса за период модуляции соответствует минимальной измеряемой даль­ности

что для девиации частоты 40—80 Мгц соответствует R_мин = (21) м.

Вопрос № 3 Фазовый метод дальнометрии.

При фазовом методе о расстоянии до объекта судят по измерению фазы отраженного сигнала за время распространения электромагнитных волн до цели и обратно. На рис. I.5.9 приведена упрощенная функциональная схема РЛС при фазовом методе измерения дальности.

Генератор масштабной частоты (ГМЧ) вырабатывает зондирующий сигнал на частоте f_э, который после генератора высокой частоты (ГВЧ) излучается в пространство, отражается от цели и попадает на приемник (ПРМ), а затем подводиться к фазометру (Ф). На Ф происходит сравнение по фазе двух сигналов опорный сигнал от ГМЧ и сигнал от приемника.

Пусть напряжение, вырабатываемое ГМЧ, изменяется по закону

,

При движении цели частота изменяется за счет эффекта Допплера

.

Здесь _Д – фазовый сдвиг в цепях РЛС,  _Ц – фазовый сдвиг масштабного колебания, возникающий при отражении от поверхности цели.

Эти величины постоянны и определяются экспоненциально. Разность фаз

.

Так как вся информация о расстоянии до цели заключена в слагаемом , то можно измерить R, если известна скорость распространения радиоволн и три фазовых сдвига. измеряется с помощью фазометра, _Д можно определить, если предварительно провести калибровку фазометра, т.е. сигнал непосредственно с ГВЧ подается на ПРМ. При измерении _Ц необходимо учитывать соотношение и . Обычно выбирают .

Источник

1.3. Импульсный и фазовый метод измерения дальности

Реализация импульсного метода измерения наклонной дальности предполагает определение времени распространения короткого лазерного импульса от источника излучения до объекта и обратно до приемника. С учетом постоянства скорости распространения электромагнитных колебаний в атмосфере с = 3-108 м/с, замеренная продолжительность распространения лазерного импульса 7/ позволяет определить наклонную дальность D, по простой формуле:

На рисунке 7 представлена типовая форма зондирующего лазерного импульса в лидарах типа ALTM канадской компании Optech Inc., а на рисунке 8 показана принципиальная схема приемопередатчика при реализации данной схемы измерения.

Как следует из описания, реализация импульсного метода измерения дальности сравнительно проста в функциональном отношении. Поэтому и аппаратная реализация этого метода не вызывает серьезных проблем, что в качестве положительного следствия имеет достижение устойчивости и достоверности получаемых данных.

Представим некоторые дополнительные соображения, характеризующие импульсный метод:

1. По возможности, должна быть обеспечена минимальная длительность зондирующего импульса и его максимальная добротность (т.е.

Сводная таблица 3 содержит концептуальные достоинства и недостатки импульсного метода измерений наклонной дальности.

Таблица 3. Основные достоинства и недостатки импульсного метода измерения дальности

Обсудим важнейшие недостатки импульсного метода измерения дальности.

1. Как и во всех других родственных технологиях, в лазерной локации принято считать, что импульсный метод проигрывает по точности фазовому. Это происходит потому, что фактическая точность каждого измерения зависит от ряда параметров, каждый из которых может оказать на точность конкретного измерения. Таковыми параметрами являются:

— длительность и форма (в частности, крутизна переднего фронта) зондирующего импульса;

отражательные характеристики объекта; оптические свойства атмосферы; текстура и ориентация элементарной поверхности объекта вызвавшей отражение зондирующего луча по отношению к линии визирования; другие.

Влияние всех перечисленных выше параметров сводится к ослаблению «размыванию» формы отраженного импульса на входе оптической схемы приемника, т.е. к возрастанию неопределенности в измерении длительности задержки распространения зондирующего импульса до объекта и обратно. Повышение этой неопределенности на практике оборачивается снижением точности. Как будет показано ниже, фазовый метод во многом свободен от этого недостатка.

Таблица 4. Максимально возможные значения частоты зондирующих импульсов в зависимости от высоты съемки при импульсном методе

Максимально возможная частота ЗОНДИРУЮЩИХ импульсов (fmax), КГц

Представленные в таблице 4 значения частот являются теоретически максимально возможными.

Отметим также, что данное принципиальное ограничение в той или иной степени относится и ко всем другим методам активного дистанционного зондирования. Здесь оно упомянуто потому, что, как было сказано выше, в авиационной лазерной локации в настоящее время используются исключительно импульсные методы. Поэтому это ограничение существенно на практике, принимая во внимание значительные высоты съемки.

Дальнейшим развитием импульсного метода является так называемый метод регистрации формы отраженной волны (wave form registration). Практическую реализацию данного метода обеспечивают, например, лидары ALTM 30/70 и ALTM 3100 в качестве опции к базовому импульсному методу измерения.

Технология регистрации формы отраженной волны предполагает запись в цифровом виде полной формы отклика на каждый зондирующий импульс с частотой дискретизации 1 ГГц и выше. Зарегистрированная таким образом волна дает «историю» отражения зондирующего импульса от всех препятствий, встретившихся на его пути (рис. 9). Наибольший интерес такая информация может представлять для использования в специализированном программном обеспечении обработки лазерно-локационных данных для более достоверного распознавания и геопозиционирования объектов различных классов.

Другим возможным приложением может явиться использование данных такого рода для нормализации изображений распределения интенсивности с учетом высоты полета и угла падения зондирующего луча.

Перейдем к рассмотрению фазового метода.

Рисунок 10 представляет принцип определения наклонной дальности при использовании фазового метода. Этот принцип состоит в определении количества целых длин волн между локатором и объектом и разности фаз излученной и принятой волны модулирующего колебания. Ширина полосы модуляции до 10 ГГц при использовании современных лазерных диодов (semiconductor laser diodes).

Напомним, что фазовый метод измерения дальности пока применяется только в лидарах наземного базирования.

Для того, чтобы определить расстояние между источником и объектом, необходимо:

1. Определить целое количество длин волн модуляции К, приходящихся на это расстояние.

2. Определить разность фаз Аlt;р между принятой и опорной волной и тем самым оценить дополнительное расстояние, соответствующее «последней» неполной волне.

Если значения К и Аlt;р удалось определить, то искомое расстояние определяется по формуле:

где Я- длина волны модуляции.

Приведенной простой формулы достаточно, чтобы в принципе дать объяснение высокой точности фазового метода дальномерных измерений. Точность величины Я определяется стабильностью частоты генератора модулирующего колебания. В современных условиях возможно достичь очень высокой точности этого параметра. Т.е. если значение К определено правильно, то член КЯ практически не вносит никакого своего вклада в результирующую ошибку измерения дальности.

Величина Aqgt; также может быть определена достаточно точно. Сразу отметим, что в зависимости от типа лидара может использоваться либо аппаратный метод определения значения Аср с помощью т.н. фазиметров, либо принятый сигнал в цифровой форме записывается на магнитный носитель, а все последующие процедуры анализа фазы осуществляются программно.

Важно, что входное и выходное излучение может отличаться по интенсивности (т.е. по амплитуде волны модуляции), но не по частоте со. Это обстоятельство обусловливает высокую эффективность и точность корреляционных методов, которые используются при поиске значения Аср. фазовый метод, в отличие от импульсного, позволяет получить численные значения и оценить достоверность и точность произведенного дальномер- ного измерения за счет анализа взаимной корреляционной функции излученного и принятого излучения. Достоверное (и как следствие точное) измерение будет характеризоваться наличием отчетливо выраженного максимума взаимной корреляционной функции, а у недостоверного измерения соответствующая функция будет иметь размытый вид и значения максимума будут определяться не столь точно. Наличие возможности численной оценки достоверности измерения позволяет, если необходимо, отвергать некоторые измерения, точность которых находится ниже допустимого порога.

В таблице 5 сведены основные достоинства и недостатки фазового метода измерения дальности.

Упомянутая в таблице в качестве достоинства более высокая производительность, т.е. количество дальномерных измерений в секунду, которая сегодня

Таблица 5. Основные достоинства и недостатки фазового метода измерения дальности

Недостатки

Теперь обсудим недостатки фазового метода измерения. В основном они сводятся к проблеме неоднозначности решения по целым длинам волн и необходимости принятия дополнительных мер по разрешению этой неоднозначности. Действительно, фазовый метод в том виде, как он описан выше, не содержит никаких механизмов определения значения К. Более того, при использовании единственной частоты модуляции определение дальности D при использовании исключительно фазового метода принципиально невозможно. Для разрешения задачи неопределенности по целым длинам волн применяют различные методы, которые, однако, могут быть объединены в две большие группы: использование дополнительных источников информации по измеряемой дальности; многочастотные методы.

В первом случае необходимо иметь некоторую априорную информацию о значении величины D с точностью не хуже 0.5т\. Применительно к лазернолокационному методу измерения это можно сделать, например, выполнив измерение наклонной дальности импульсным методом, а потом уточнив его фазовым.

Во втором случае используют модуляцию несущей двумя или более синусоидальными колебаниями. Это позволяет однозначно разрешить неопределенность по целым длинам волн в диапазоне от 0 до некоторого максимального значения Dmax. Если измеряемые дальности превосходят Dmax, то разрешение однозначности не гарантируется. Как уже было отмечено выше, на практике значение Dmax пока не превосходит 300 м. Исчерпывающую информацию по

применению фазового метода измерения дальности можно получить в источнике (Шануров, 1991).

Источник

Методы геодезических измерений

Для выполнения геодезических измерений, причем довольно-таки разнообразных, необходим целый набор составляющих факторов. Помимо объекта съемки и наличия геодезического оборудования, необходим квалифицированный персонал с соответствующими теоретическими знаниями и практическими навыками использования технологий геодезических определений. То есть нужно знать, образно говоря рецепт приготовления продукта. Так вот совокупность выполнения правил, операций (приемов) в определенной последовательности при геодезических замерах с учетом физических и математических принципов считается методом геодезических измерений. Они бывают не зависимо от области применения двух типов:

Первый вариант (прямой) означает применение прямого контакта с геодезическими мерными приборами и получение непосредственно (визуально) значений измеренных величин по конструктивно предусмотренным отсчетным устройствам, шкалам.

Во втором (косвенном) используют непосредственно измеренные величины для получения через функциональные зависимости значений искомых величин.

Помимо этого можно выделить методы связанные по назначению измеряемых величин:

Линейные методы

Их суть заключается в определении расстояний между точками в конкретной последовательности с помощью специальных приборов и инструментов. В линейных средствах замеров можно выделить несколько от самых простых с применением мерных рулеток до высокоточных определений длин сторон с помощью современных свето-дальномеров.

Рулеточный замер. Он сводится к установлению значений длин линий от исходного пункта, имеющего известное местоположение, до искомого или створа (например, линии очистного забоя) с помощью металлических рулеток. Здесь следует сделать отступление, что любой метод геодезических измерений для его применения должен удовлетворять требованиям необходимой точности. В измерениях рулетками длин сторон в определенных условиях используются динамометры с величинами постоянного натяжения рулетки при непосредственном снятии отсчетов на ее шкале. Длины линий находятся два раза со смещением начального отсчета или другими словами используется метод двойных измерений. Существует возможность использования и метода реитераций, который заключается в многократных замерах искомых величин с дальнейшим определением средних их значений.

Измерение мерной лентой. Эта схема похожа на рулеточный замер. Различие в том, что в мерный комплект входят шпильки и ленты, которые бывают без шкал, а также при значительных расстояниях в нем используются дополнительные вехи для установления створа линии.

Еще одним способом линейных промеров является высокоточное измерение сторон базисным прибором. Он похож на измерения мерной лентой, но с разницей в длинах промеров (24м) и использованием в нем инварной проволоки и штативов. Применялся этот прибор для установления базисных сторон в геодезических сетях 1 и 2 классов.

Измерение расстояний на принципах оптического дальномера. Суть его заключается в нахождении с помощью нитяных дальномерных линий (с постоянным коэффициентом К=100) длины между точками стояния (инструмента) и визирования (на рейку) по количеству сантиметровых делений между нижней и верхней нитями дальномера.

Наиболее точным и доступным способом определений расстояний в настоящее время можно считать измерения свето-дальномером, основанных на импульсном или фазовом (более точном) принципах.

Угловые методы

Сущность их заключается в наборе выполнения определенных действий и операций при измерениях горизонтальных углов между направлениями с помощью геодезических приборов (теодолитов, тахеометров). К ним относятся определения углов:

Определения углов во всех комбинациях заключается в нахождении углов не только между смежными направлениями, но и в сочетании наблюдений между всеми направлениями.

Способ приемов. Суть его состоит в определении одиночного горизонтального угла дважды в положении трубы при круге лева (КЛ) и круге права (КП). При втором полу-приеме лимб смещается, и все операции повторяются.

Способ круговых приемов сводится к последовательному определению всех углов по часовой стрелке в положении круга лева. Затем при втором полу-приёме, измерения выполняют в обратном направлении, с завершающим снятием отсчета на первую начальную точку. Все серии производят в несколько приемов для повышения точности.

Способ повторений. Его сущность заключается в n-кратном определении горизонтального угла при снятии отсчетов только в начальном и завершающем визировании. Окончательное значение угла вычисляется.

Трех-штативный метод. Он заключается в одновременной установке на смежных пунктах штативов. На каждом из них закрепляют: по краям подставки с визирными сигналами, а в центре геодезический прибор. После выполненных приемов задний штатив переставляют на следующий за передним пункт. И так последовательно переставляя каждый раз задний штатив вперед, а геодезический прибор на центральный штатив, выполняют визирования и считывание показаний, предусмотренные программой. Целью такой схемы является уменьшение погрешностей за центрирование на стоянках.

Высотные методы

Определение превышений одних точек поверхности над другими с применением специально для этого предусмотренных приборов по разработанной системе и считается высотными способами измерений. К ним можно отнести следующие виды;

Тригонометрическое нивелирование выполняется при значительных перепадах высот на наклонных склонах местности (наклонных горных выработках), где не эффективно использовать геометрическое нивелирование. При выполнении измерений по такой технологии используется возможность визирования наклонным лучом на точки наблюдений. Превышения между ними определяется путем вычислений из соответствующих тригонометрических формул. Откуда и пришло название к этому способу нивелирования.

Гидростатический способ нивелирования заключается в способности жидкости, при нахождении в разных местах, устанавливаться на одном уровне. При снятии ряда отдельных промеров на сообщающихся сосудах и определяется превышение между ними.

Координатный способ

Данный вид сводится к нахождению местоположения измеряемых точек, а именно их координат. Одними из таких способов считаются:

Тахеометрическая съемка выполняется на основе использования тригонометрического способа измерений. При его выполнении производят геометрические определения следующих величин:

Вычисления искомых координат, в том числе и абсолютных значений высотных отметок, определяются по известным формулам.

Спутниковый метод определения координат основан на приеме от спутников радиосигналов, в которых закодированы данные по местоположению спутников и времени передачи сигналов. На наземных геодезических пунктах с помощью специальных устройств GPS-приёмников эти сигналы (время приема сигнала и координаты спутников) записываются в файлы. И таким образом продолжаются наблюдения какое-то определенное время. Для нахождения координат неизвестных пунктов на земной поверхности исходными данными служат:

После выполнения пост-обработки на программном оборудовании и уравнивания, получают результат всех наблюдений и вычислений в виде координат ранее неизвестных пунктов.

Источник