автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Разработка методики метеорологического обеспечения высокоточных геодезических измерений

Р Г Б ОД 1 о АПР 1995

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

На правах рукописи

ВШИВКОВА Ольга Владимировна

УДК 528.022.2.061.2

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

. 05.24.01 - Геодезия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Московском государственном Университете Геодезии и Картографии на кафедре высшей геодезии

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Голубев А.Н. доктор технических наук, профессор Васютинский И.».t кандидат технических наук, Сушков A.C.

Ведущая организация указана в решении ученого совета

Защита диссертации состоится 1995 года

в ¿У час. на заседании специализированного совета К-063.01.01 в. Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии по адресу: 103064, Москва. К-64, Гороховские пер . 4, МГУГиК, ауд. 321.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

■ Автореферат разослан " оу^А^. 1Э95 года

Ученый секретарь специализированного совета

В.А.Монахов

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

При высокоточных геодезических угловых измерениях возникает необходимость в оперативном и точном определении углов рефракции. Ни один из существующих методов учета рефракционного влияния не удовлетворяет двум этим требованиям одновременно. Традиционные подходы к повышений точности рефракционных определений' приводят к снижению их оперативности.

При использовании геодезического метода повышение точности подразумевает выполнение всего комплекса измерительных и вычислительных работ для каждого из рабочих направлений. Уменьшение ошибок метеорологического метода неизбежно связано с увеличением числа метеорологических датчиков вдоль визирного луча. Добиться большей точности метода измерений на момент изотермии можно, сократив время наблюдений до периода изотермии. При этом однако, необходимо определять наступление этого периода по прямым измерениям температуры в плоскости визирования в момент' выполнения геодезических измерений, что усложняет организацию работ.

Таким образом, актуальной представляется разработка методики, позволяющей учитывать рефракцию с достаточной точностью без значительного увеличения объема измерительное и вычислительных работ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка методики, позйоляющей точно и оперативно определять углы рефракции, а также усовершенствование аппаратуры для прямых измерений угловой рефракции.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- выполнить анализ факторов формирования местных полей геодезической рефракции;

- разработать методику метеорологического обеспечения угло-

вых геодезических измерений, основанную на учете факторов, определяющих формирование местных рефракционных полей;

- разработать новые аппаратурные решения для прямых измерений угловой рефракции;

- выполнить экспериментальные исследования разработанной методики и аппаратуры.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При разработке теоретических положений предлагаемой методики и выводе основных формул использовались литературные.источники, а также данные микроклиматических наблюдений, выполненных диссертантом. Для апробации методики проводились экспериментальные исследования на опытном полигоне. Обработка результатов измерений производилась на ЭВМ. Работоспособность аппаратуры и ее технические характеристики проверены в ходе исследований, выполненных с изготовленными макетами.

НОВИЗНА НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ:

- выполнен анализ основных факторов формирования местных полей рефракции;

- исследованы характер и степень влияния типа подстилающей поверхности и высоты визирного луча на величину и изменчивость угла рефракции;

- -разработана -методика, позволяющая точно и оперативно определять углы вертикальной рефракции; при разработке методики использованы закономерности пространственного распределения угла рефракции, выявленные в ходе микроклиматических- исследований;

- предложено новое техническое решение для реализации компенсационного метода измерений угла рефракции;

- на основе предложенного решения разработаны-два варианта оптико-электронной схемы (с активным и пассивным источниками излучения). в котооых исключено влияние атмосферных флуктуация на

разность интенсивности лучей с разными длинами волн за счет введения канала адаптации.

Новизна полученных результатов подтверждена двумя авторскими свидетельствами СССР.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались на научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МГУГиК (1993 г.). Работоспособность основных формул предлагаемой методики проверена в ходе экспериментальных исследований. По теме,диссертации принята к печати научная статья.

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 126 страниц, 19 рисунков, 6 таблиц. Список литературы включает 83 наименования, в том числе 14 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи диссертационной работы.

В первой главе рассмотрены некоторые закономерности формирования местных полей метеоэлементов и рефракции в приземном слое воздуха. Для выделения факторов, определяющих формирование местных температурных полей, выполнен анализ параметров известной формулы, выражающей вертикальный- температурный градиент через турбулентный теплообмен. Этот анализ позволил выделить следующие местные особенности, определяющие формирование вертикального температурного градиента приземного слоя воздуха:

1. химический состав почвы (с точки зрения ее цвета и дисперсности) ;

2.физическое состояние.(влажность и плотность);.

3. рельеф (высота точки над подстилающей поверхностью, ориентация поверхности относительно солнечных лучей и ветра);

4. растительный покров;

5.шероховатость.

Изменение одного из этих факторов или комплекса их при переходе от одной точки пространства к другой определяет формирование местных полей метеоэлементов и геодезической рефракции.

В данной главе также выполнен обзор существующих методов учета влияния рефракции на угловые геодезические измерения. Отмечено. что основным источником их ошибок является недостаточно корректный учет местных особенностей пространственного и временного хода.угла рефракции. Традиционно, повышение точности определения рефракции связывают с увеличением объема полевых наблюдений. При таком подходе значительно возрастают затраты на выполнение измерительных и вычислительных работ и снижается их оперативность. Таким образом, задачу, решаемую в данной работе, можно сформулировать следующим образом: разработать методику, позволяющую повысить точность рефракционных определений без снижения их оперативности.

Во второй главе рассматривается возможный путь решения поставленной задачи. Затраты труда й средств будут меньше, если ограничиться точным определением угла рефракции на одном эталонном направлении любым из известных Методов, а-на другие трассы в районе работ полученные значения редуцировать с .учетом изменения основных факторов формирования местных рефракционных полей. В этом случае проблема оперативности рефракционных определений будет решена, а точность Их будет зависеть от точности, с которой учитывается изменение при переходе от эталонной трассы к рабочей факторов, определяющих величину угла рефракции. Учету местных

особенностей в пространственном ходе угла рефракции и посвящена вторая глава диссертации. Согласно выполненному в 1-ой главе анализу основных факторов формирования местных полей геодезической рефракции, на данный момент времени в ограниченном районе изменение величины градиента показателя преломления целиком, определяется изменением типа подстилающей поверхности и изменением высоты визирного лича над ней. Для учета изменения характера подстилающей поверхности в диссертации предлагается использовать формулу вида:

(Л игай п)]-р

(эгай п)о1 = (вгасЗ п)01 + -к,.,. (1)

К,-р

где (ягай п)01 - градиент показателя преломления над исходной поверхностью 1 на высоте г0.

(Д graa п)].р - приращение градиента показателя преломления при переходе от 1-ой исходной поверхности к р-ой, и ^.р - коэффициенты, характеризующие приращение градиента показателя преломления при переходе от 1-ой исходной поверхности к 1-ой и р-ой.

Выбор 1-ой и р-ой поверхностей осуществляется таким образом, чтобы значения градиентов показателя преломления для них оказались соответственно больше и меньше значений градиентов для всех остальных поверхностей. В этом случае 1-ая и р-ая поверхности окажутся наиболее отличными по своим микроклиматическим свойствам. Согласно данным микроклиматических исследований, отношение градиентов показателя преломления для двух данных поверхностей постоянно; значит, не будет меняться и расположение

поверхностей в порядке убывания вга<1 п. Градиент показателя преломления на высоте г над 1-ой поверхностью в каждый момент времени будет больше градиента показателя преломления на той же высоте над (1+1)-ой поверхностью. Для расчета (яга<3 п)01 по формуле (1) необходимо знать значения градиентов показателя преломления для 1-ой и р-ой поверхностей и отношения к^/к, .р.

Величины определяются по результатам ранее выпол-

ненных измерений егай п на высоте 20 над типовыми поверхностями из решения системы из уравнений вида (1) для каждого типа поверхностей. Значения градиентов показателя преломления над двумя крайними поверхностями измеряются в момент выполнения геодезических работ. Использование формулы (1) позволяет контролировать результаты вычислений по измеренным ^га<3 п)01 и (ягасЗ п)ор, что исключает грубые просчеты.

Для учета изменения высоты потребуется привлечение модели вертикального распределения градиента показателя преломления. Такая модель должна включать фактические на момент наблюдений значения градиента показателя преломления на исходной высоте, а также параметры, характеризующие теплофизические и динамические свойства подстилающей поверхности и расчетного слоя воздуха.

Как известно, наиболее точно распределение вертикального градиента температуры с высотой в приземном слое воздуха описывает показательная функция вида:

(ягаб и2 = агь, (2)

где ^гасЗ - градиент температуры на высоте г, а - градиент температуры на исходной высоте 1 м, Ь - коэффициент обмена, характеризующий . степень

обмена

метеосубстанцией между нижними и верхними слоями воздуха.

Помимо температурного градиента, на формирование градиента показателя преломления влияют градиенты влажности и давления. Предположение о том. что вертикальный ход градиента влажности описывается формулой, аналогичной выражению (2), не внесет существенной ошибки в значение градиента показателя преломления, т.к. в оптическом диапазоне влияние градиента влажности на ягасЗ п невелико. Распределение давления с высотой описывают барометрически? формулы. В нормальном воздухе при поднятии на 1 м давление убывает на 0.13 гПа. Если представить градиент давления в виде суммы нормальной и аномальной его частей, и считать, что распределение последней с высотой подчиняется закону, подобному зависимости (2), то известная редукционная формула Эдлена примет вид:

(пс-1) а

(ёгай п)2 = (ёгаЗ п)„ гь--:-* 0.13. (3)

1+ Ь ь

где (еха.& п)0 и (егай п)2 - градиенты показателя преломления на высотах 1м и г,

пс - показатель преломления в стандартном воздухе, а = 0.00138823, Ь = 0. 003671.

Второй член в формуле (3) представляет собой поправку за постоянную часть градиента давления и равен 0.038*1О'6. Модель вертикального распределения градиента показателя преломления, описываемая формулой (3). отвечает всем изложенным выше требованиям.

Входящий в формулу (3) коэффициент обмена определяется из решения системы из двух уравнений вида (3). Таким образом, для однозначного определения коэффициента Ь должны быть измерены углы рефракции на двух уровнях.

Если трассу разбить на участки с однородной подстилающей поверхностью, то градиенты показателя преломления на каждом участке можно считать постоянными. Известная интегральная формула для угла рефракции в этом случае примет вид:

р" ш

г ---2 (Ягас! п X) Дх3 (4)

Б 3=1

где р" - число секунд в радиане, О - длина трассы, га - число блоков разбиения,

(дгас! п)3 - градиент показателя преломления в плоскости измерения над 3-ым блоком,

х3 - расстояние от .конечной точки траектории до середины ■3-ого блока,

АХ;, - размер 5-ого блока в направлении'визирного-луча.

С учетом зависимостей (1), (3) и (4) выводится рабочая формула предлагаемой методики:

р" т

г ---Е [((вгаб п)21 + В +

Б 0-1

(5)

(Л Бтай п)).р +-)С1_3) - В] х3 Дх3,

где 0 - номер поверхности вдоль визирного луча, отличный от 1, под которым условимся понимать порядковый номер поверхности в ряду типовых, расположенных по мере убывания ягай п.

В = О, 038*10~6,

г - высота, на которой измерялись градиенты показателя преломления над крайними поверхностями,

- коэффициент обмена над 1-ой исходной поверхностью.

Значения В, 2, г3, х3 и Дх3 в формуле (5) рассчитываются по карте; отношения (к^/к^р) известны из ранее выполненных исследований. В момент выполнения геодезических работ определяются лишь градиенты показателя преломления и коэффициенты обмена над крайними поверхностями.

В третьей главе рассматриваются вопросы практической реализации методики метеорологического обеспечения высокоточных геодезических измерений. При использовании изложенного выше подхода к расчету угла рефракции линии, по которым выполняются угловые измерения, разбиваются та участки, отличающиеся типом подстилающей поверхности. Измерения градиентов показателя преломления выполняются только над двумя наиболее отличными по микроклимата-

ческим свойствам поверхностями. Значения градиента для 1-ой исходной повергшости и приращения его при переходе к р-ой используются для пересчета (ягаб п^ на другие поверхности с помощью переходных коэффициентов. Для случаев, когда высота визирного луча для З-ого участка трассы отлична от высоты, на которой измерялись. (вгас! и (вгай п)р используется модель вертикального распределения градиента показателя преломления. Параметры этой модели для крайних поверхностей определяются по измерениям рефракции в момент выполнения геодезических работ.

Определение рефракционных поправок по данной методике осуществляется в 3 этапа. На первом этапе определяется площадь метеорологического обеспечения и выделяются типовые поверхности, проектируются эталонные лиши, оборудуются геодезические наблюдательные пункты, рабочие направления разделяются на участки с различным типом подстилающей поверхности.

Второй этап включает полевые наблюдения. Они сопровождают угловые геодезические измерения. Цель этого этапа - получение данных, необходимых для расчета коэффициентов обмена и градиентов показателя преломления над крайними поверхностями. Градиенты показателя преломления и коэффициенты обмена вычисляются по углам рефракции, определенным геодезическим способом на двух уровнях.

Весь объем вычислений выполняется на третьем этапе. По карте рассчитываются средние высоты визирных лучей на Каждом ¿-ом участке рабочих направлений, длины 0 линий визирования, а также величины г, и Дх.,. По измеренным на втором этапе зенитным расстояниям определяются углы рефракции, как разнобть между измеренным и фактическим зенитными расстояниями. Полученные значения углов рефракции на нескольких уровнях используются для рас-

чета градиентов показателя преломления и коэффициентов обмена над крайними поверхностями.

В третьей главе приведены также результаты исследований, выполненных для проверки работоспособности основных формул предлагаемой методики. Эксперименты проводились на полигоне в районе реки Волги в. течение летне-осеннего периода 1989-1990 годов. Т. к. вся методика основана на" учете таких двух факторов формиро-- ' вания полей рефракции, как характер подстилающей поверхности и высота визирного луча над ней, все выполненные экспериментальные работы были направлены на:

1. определение отношений к, ,1/к1.р, которые служат в качестве перех^.г:: коэффициентов при пересчете значений ¿гай п с одних'поверхностей на другие;

2. апробирование используемой модели вертикального распределения градиента показателя преломления;

3. проверку работоспособности итоговой рабочей формулы методики.

Для расчета отношений И1.1/к1.р и отбора типовых поверхностей были разбиты трассы' над различными типами поверхностей. Высота визирных лучей на всех трассах -была одинаковой. Выполненные геодезическим методом одномоментные определения углов рефракции были использованы для расчета grad п над различными поверхностями. Результаты анализа позволили определить'достаточный для данного региона список характерных видов поверхностей (табл. 1). Для каждой из типовых поверхностей -были рассчитаны отношения к1^1/к1.р. Результаты вычислений приведены в табл. Здесь значки 1,2,3 и 4 показывают какой тип поверхности данный параметр характеризует.

Для проверки модели (3) вертикального-распределения гради-.

Таблица 1

41

1 ПОВЕРХНОСТЬ | N 1 ■ 1 (£ гасЗ п)1 ВРЕМЯ| »Ю-6 (ггасЗ п)з *10_6 к!-2/ к!_4 (вгас! п)з *10~б ) к1-з/ ка-4 (ггас! п) 4 *10~б О^гас} п) 1~4 *10~6

1. суглинок открытый,| 1 1 14.30| 0.55 0.5 -0.13 0.4 -0.38 0.15 0.4

светлая почва | 2 14.401 1.35 1.25 -0.11 0.85 -0.55 0.45 0.9

3 8.001 0.65 0.6 -0.13 0.5 -0.55 0.25 0.55

2. светлая почва, | 4 14.30) 0.8 0.6 -0.36 0.5 -0.55 0.25 0.55

покрытая густой | 5 13.40] 0.5 0.4 -0.29 0.33 -0.49 0.15 0.35

травой | 6 16.30| 0.15 0,13 -0.2 0.1 -0.5 0.05 0.1

7 11.30| 0.4 0.33 -0.28 0.28 -0.48 0.15 0.25

3.суглинок серый, | 8 14.30| 0.58 0.43 -0.4 0.4 -0.47 0.2 0.38

покрытый средней | 9 17.40| 0.3 0.28 -0.1 0.23 -0.35 0.1 0.2

густоты травой | 1 1

4.водная поверхность! 1 1

СРЕДНЕЕ | | -0.2 -0.4 1

ента показателя преломления выполнялись измерения зенитных расстояний с центрального пункта Ц на пункты 2.2' и 3 (рис. 1). Подстилающая поверхность для направлений 2 и 3 мало отличалась. Средняя высота визирного луча на пункт 2 составляла 2.68 м, на пункт 2' - 3.92 м, а на пункт 3 - 11 м. Полученные геодезическим методом углы рефракции тг и г2' на пункты 2 и 2' использовались для расчета коэффициента обмена. Значение угла рефракции для" 3-го пункта г3выч вычислялось по формуле (3). Получена хорошая сходимость вычисленных, и измеренных значений угла рефракции. Средняя квадратическая ошибка используемого метода составила 0.7"

Рис. 1.

Для апробирования рабочей формулы (5) предлагаемой методики выполнялись одномоментные измерения зенитных расстояний с центрального пункта на пункты 1, 2. 2', 3 и 4 {рис. 1). В направлет нии на 4-ый пункт трасса проходит над тре^я' участками с разным типом подстилающей поверхности. Первый, самый ближний к пункту наблюдения, соответствует характеристике для 1-ого типа в таблице 1, второй участок проходит над водной поверхностью (тип 4), третий участок представляет собой серый суглинок, покрытый средней густоты травой (тип 3).

Результаты вычислений приведены в таблице 2. Здесь гг_ гг'_ Г1 и г4и,-5, углы рефракции на пункты 2, 2', 1 и 4. определенные геодезическим способом. г4вич - значения угла рефракции на пункт 4, рассчитанные по формуле (5), Дг = г4выч-г4ИЗ|( - ошибка определения г4. Согласно данным таблицы 2, ошибка определения угла рефракции цо предлагаемой методике составляет порядка 0.8" Полученная точность сравнима с точностью геодезического метода, но необходимость в определении рефракции по каждому направлению отпадает. что позволяет значительно уменьшить объем выполняемых измерительных работ ( за счет сокращения объема геометрического нивелирования). Вычисления при использовании современной компьютерной техники не вызовут затруднений.. Отдельные положения предлагаемой методики могут быть применены как вспомогательные при использовании других методов учета и ослабления влияния рефракции. Например, для точного определения наступления моментов горизонтальной и вертикальной изотермии. Выполненные исследования позволили также выявить характеристики подстилающей поверхности, изменение которых приводит к существенным изменениям угла рефракции и должно учитываться' при рефракционных определениях.

Таблица 2

ДАТА ВРЕМЯ Г2 V Ь г, 6ЫЧ Г4 Ы5М Аг

26.07 15.05 -53.5 -19.2 -1.27 +12.5 +28.2 +28.0 +0.2

24.08 12. 55 -53.6 -27.3 -0. 97 +6.4 +20.0 +20. 4 -0.4

27.08 11.00 15.35 21.00 -44.9 -55.2 +1. 56. 8 -21.9 -20.8 +1. 21. 3 -1.00 -1.24 -0.69 +2.9 +11.5 +1.00.8 +19.5 +27.5 +1. 53. 5 +21.5 +27.1 +1. 51. 7 -2.0 +0.4 +1.8

05.09 13.55 -49.1 -18.7 -1.22 +18.5 +31.3 +31.3 0.0

СРЕДНЕЕ 0.8

Четвертая глава посвящена аппаратурным методам измерения угла рефракции, которые являются наиболее перспективными в плане повышения точности рефракционных определений. Здесь выполнен обзор существующих геодезических рефрактометров, проанализированы достоинства и недостатки последних.

В данной главе предложены две оптико-электронных схемы аппаратуры для прямых измерений угла рефракции. В первой схеме используется активный источник излучения двух длин волн, смонтированный в одном блоке с приемником излучения. Вторая схема позволяет выполнять измерения на любой пассивный источник белого света. Для выделения потоков с разными длинами волн в схеме предусмотрены два фильтра. Обе схемы реализуют компенсационный способ измерения рефракции, предложенный В. Ф. Вшивковым. Компенсационный способ развивает известный двухволновый дисперсионный метод, при котором объектом измерения служит угловая дисперсионная разность лучей с разными длинами волн. В основе компенсационного способа лежит положение, согласно которому действие атмосферы, уподобленное действию простой призмы, может быть скомпенсировано другой призмой. При использовании призмы с переменным преломляющим углом можно добиться такого его значения, при котором лучи выйдут из призмы параллельными. Это позволит измерить дисперсионную разность посредством ее компенсации.

Угловая дисперсионная разность Дг связана со значением с преломляющего угла компенсирующей призмы формулой вида:

( п"

ср

П'ср V

Дг = |

I с

(6)

V п"0 п'0 )

где п'ср и п'о - показатели преломления компенсирующей призмы и воздуха между призмой и объективом инструмента для луча с длиной волны

пмср и п"0 - значения тех же величин для луча с длиной волны Хг.

Принцип, .использованный в данных схемах для регистрации дисперсионной разности и момента ее компенсации, иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2.

Здесь выделение дисперсионной разности осуществляется посредством диафрагмы, перекрывающей часть светового потока. Без диафрагмы катоды фотоприемников облучаются полными изображениями источников с двумя различными длинами волн. Площади облучения в этом случае будут одинаковыми. Возникающая при этом разность фототоков обусловлена лишь разной интенсивностью световых потоков. При наличии диафрагмы фотокатоды будут .облучаться .частичными

изображениями источников излучения. Площади облучения^ и 32 будут различными за счет пространственного разневения Ай потоков с разными длинами волн, вызванного преломляющим действием.атмосферы. Разность площадей тогда равна:

ДБ = Дг Г (3,

где Р - расстояние от объектива до диафрагмы; (3 - диаметр светового пятна.

Возникающий при наличии дисперсионной разности разностный электрический сигнал Ди:

Да = к Дг Р й, (7)

где к - коэффициент преобразования светоэлектрического тока с учетом интегральной и анодной чувствительности ФЭУ, коэффициента усиления электронного тракта.

Помимо пространственного разнесения лучей с длинами волн Х1 и Х2, на величину разностного фототока влияет разная интенсивность световых потоков. Для исключения влияния атмосферы на разность гатенсивностей лучей в схемы введен канал адаптации. В нем обрабатывается информация о величине разностного фототока, полученного при облучении фотоприемников полными изображениями источников излучения, и пульсирующий сигнал рассогласования устраняется за счет воздействия в первой схеме на питание одного из источников излучения, во второй схеме на питание одного из 'фотоприемников. При включенном канале адаптации разностный фото-ток, возникающий при облучении фотоприемников частичными изображениями источников излучения, будет нести информацию лишь о раз-

ном преломлении лучей с разными длинами волн. Изменяя преломляющий угол компенсирующей призмы, можно устранить разность фототоков, исключив тем самым и дисперсионную разность.

Предложенные оптико-электронные схемы реализованы. С изготовленными рабочими макетами были выполнены исследования, результаты которых приведены в четвертой главе. Главным объектом исследований служили:

1. чувствительность аппаратуры к измеряемой величине,

2. стабильность результатов измерений,

3. достоверность этих результатов.

Высокая чувствительность аппаратуры к изменению угловой дисперсии была выявлена в начальных грубых экспериментах. Удовлетворительная. стабильность результатов измерений получена, благодаря введению в измерительные схемы канала адаптации. Ошибки измерения рефракции с имитацией в комнатных условиях % на линии длиной 1.2 км не превышали ±1" - 1.5". Оценка точности выполнялась по внутренней и внешней сходимости.

Качественная технология изготовления аппаратуры, автоматизация процессов, использование современных излучателей с электрической модуляцией", применение качественных комплектующих делают перспективной разработанную аппаратуру. Исследования показали стабильность результатов в сложных метеоусловиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать в следующих выводах.

1. Проанализированы существующие методические приемы учета и ослабления . влияния рефракции и основные источники :их ошибок.

Анализ показал, что для повышения точности рефракционных определений необходим тщательный учет влияния местных полей рефракции.

"2. Рассмотрены основные факторы формирования местных полей рефракции, к которым для одного момента времени могут быть отнесены высота визирного луча над подстилающей поверхностью и характер последней. Учет изменения этих факторов при переходе от одной визирной линии к другой позволит редуцировать значения угла рефракции с одного направления на все трассы в районе работ.

3. Предложена формула, позволяющая редуцировать значения вертикальных градиентов показателя преломления с одной визирной линии на другую с учетом изменения типа подстилающей поверхности.

4. На основе данных экспериментальных исследований выявлены характеристики подстилающей поверхности, влияние которых на величину градиента показателя преломления можно считать определяющим.

5. Для учета изменения высоты визирного луча предложена модель вертикального распределения градиента показателя преломления.

6.. Предложена и апроои^иоапа методика расчета угла рефракции, предполагающая редуцирование вертикальных градиентов показателя-преломления. определенных любым из известных методов для двух эталонных трасс, на другие направления в районе работ с учетом изменений высоты, визирного луча и типа подстилающей поверхности. . Методика позволяет сократить объем работ, .так как все ■ необходимые для определения .углов рефракции измерения выполняются ' лишь на двух эталонных направлениях. Средняя квадратическая ошибка углов рефракции, рассчитанных'по данной методике составляет порядка 0.8".

7. Сделай сравнительный анализ способов прямого инструментального определения угла рефракции; отмечены преимущества и недостатки последних.

8. Разработана оптико-злектронная схема измерения угла рефракции с активным источником излучения, смонтированным в одном блоке с приемником излучения, реализующая компенсационный метод измерения рефракции.

9. Разработана оптико-электронная схема, позволяющая выполнять измерения угла рефракции на любой пассивный источник белого света. В обеих схемах исключено влияние атмосферных флуктуации на разность интенсивностей потоков с разными длинами волн.

10. Разработанные схемы реализованы, выполнены исследования с изготовленными макетами. Результаты исследований показали высокую чувствительность аппаратуры к измеряемой величине, стабильность результатов измерений. Ошибка измерения углов рефракции данной аппаратурой на линии длиной 1.2 км не превышала ±1" -1.5".

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Вшивкова О.В. "О технологии учета влияния рефракции с использованием результатов микроклиматических исследований". Известия вузов, Геодезия и аэрофотосъемка (в печати).

2. Вшивкова О.В., Калугин В.Ф. Устройство для измерения атмосферной рефракции. Авт. свид. СССР, кл. G 01 N 21/41, N 1681205, заявл. 5.04.89, опубл. 1.06.91.

3. Вшивкова 0.В., Калугин В. Ф. Устройство для измерения атмосферной рефракции. Авт. с:;ид. СССР.КЛ. G 01 H 21/41. N 1763953, заявл. 6.04.89, опубл. 22.05.92.