Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Jlum. см. при ст. Светодальнометрия.
Ю. В, Попов, В. Б. Волконский^
СВЕТОДАЛЬНОМЕТРИЯ — измерение расстояний па времени распространения оптич. излучения (света) от источника излучения до объекта, отражающего ила рассеивающего это излучение, и обратно. При этом намеряемое расстояние d — ст/2 «, Где х — время про-
сфера уменьшает скорость распространения эл.-маги. волн по сравнению с вакуумом, поскольку для оптич. диапазона показатель преломления воздуха в каждой точке является ф-цией длины волны иалучения, темп-ры среды, давления и влажности. Это существенно ограничивает точность светодальномерных измерений .Скорость распространения оптич. излучения в атмосфере <?>) = с/(п), где (п) — средиеинтегральный показатель преломления:
хождения сигналом двойного измеряемого расстояния, п — ср. значение показателя преломления среды (обычно воздуха), в к-рой распространяется сигнал.
Идея С. была высказана А. А. Майкельсоиом
(A. A. Michelson), первый светодальномер был реализован А. А. Лебедевым в 1936. Большое развитие С. получила после разработки лазеров.
Величина х может измеряться импульсным или фазовым методом. В первом случае излучение посылается короткими импульсами и измеряется непосредственно временной интервал х между излучённым сигналом S(t) и принятым сигналом S(t — х). Устанавливается критерий отсчёта начала и конца временного интервала по определённым (пороговым) параметрам импульсов, иапр. по фронту импульса или энергетич. максимуму. Этот порог должен быть достаточно высоким, чтобы превышать шумы. Собственно измерение интервала времени между посылаемым и отражённым
• импульсами осуществляется аналоговыми или цифровыми методами. В аналоговом измерителе временной интервал преобразуется в амплитуду напряжения. В цифровом методе интервал времени определяется по числу импульсов тактового генератора, прошедших иа счётчик за этот интервал времени.
Импульсная лазерная С. при длительности импульсов излучения 20—40 не имеет ошибку измерения иеск. м. Применение систем с накоплением сигнала даёт ошибку мерее 1 м. При энергии излучения в импульсе ок. 0,3 Дж достигается дальность действия по протяжённым объектам до 20 км.
Лазерная импульсная С. применяется для измерения высоты облаков, высот полёта летательных аппаратов при аэрофотосъёмке, для точного определения орбиты ИСЗ, снабжённого уголковым отражателем, и т. д.
В фазовом методе непрерывное излучение модулируется (напр., по синусоидальному закону) с высокой частотой ш и значение х определяется по запаздыванию фа-зм принимаемого отражённого излучения по отношению к фазе испускаемого (опорного). Измерения проводят след, образом. На входы фазометра поступают опорный сигнал с выхода генератора синусоидальных колебаний E1(I) — ?isin(оt и сигнал с выхода фотоприём-вика (прошедший измеряемое расстояние) E2(t) = = fgsinfwt — ф), где ф = 2(i)d/c-\- ф0 (ф0 — фазовый сдвиг, вносимый измерит, установкой). Для частот модуляции й), соответствующая длина волны к-рых Aw > 2d, измеренное значение ф (за вычетом фазового сдвига ф0) однозначно определяет расстояние d. Выполнение условия Xm > 2d противоречит получению высокой точности иа больших расстояниях, т. к. для этой цели необходимо повышать частоту модуляции. Для Xm < 2d следует учитывать целое число N волн модуляции, укладывающихся иа интервале 2d. При этом
2d=Xm(N+6/2ji), (*)
где б — разность фаз, измеряемая фазометром. Устранить неоднозначность в (*) можио использованием неск. частот модуляции — т. н. фиксированных частот. При плавном изменении частоты, иапр. ио линейному закону, учитывается число нулевых значений фааового сдвига иа выходе фазометра при измеыенян Чйстоты модуляции в заданном интервале частот от ®ли Д° wm2*
Реальное макс. расстояние, к-рое можно измерить светодальномером, зависит от дальности действия прибора, определяемой как расстояние, иа к-ром мощность принимаемого сигнала равна пороговому значению. Пороговая чувствительность определяется заданной ошибкой (или точностью) измерения временного интервала ели разности фаз и способом регистрации сигнала и может быть рассчитана для каждой конкретной дальиомер-ной системы.
Наличие атмосферы приводит к ослаблению и рассеянию оптнч. излучения, что уменьшает дальность действия и понижает точность измерений. Кроме того, атмо-
d
(n) =d-1n(x)dx.
О
Для определения <п) необходимо измерить метеопараметры в достаточно большом кол-ве отд. точек. Точность измерения можно повысить с помощью дисперсионного метода, в к-ром измеряются не метеопараметры, а разность оптич, путей для двух разл. длин воли света, зависящая от (п). Двухволновый дисперсионный метод по измерениям в конечных точках может обеспечить точность (га) до IO-7.
Учитывая все источники ошибок и принимая во внимание повышение инструментальной точности за счёт многократных измерений, результирующую ошибку измерений расстояний совр. светодальноме-рами с частотами модуляции до неск. десятков МГц мощно довести до величины md = ± [(3-f-lO) -f--f- I-IO-eCZ] мм. В прецизионных светодальномерах, где применяются частоты модуляции в сотии МГц, инструментальная ошибка составляет доли мм.
