Влияние параметров атмосферы на измерение длин линий физическими способами. Определение поправки за атмосферные условия аналитическим способом по индексу преломления

    Скачать с Depositfiles 

                              ЛР_1 (продолжение)

Тема: Влияние параметров атмосферы на измерение длин линий физическими способами.

Часть 2. Определение поправки за атмосферные условия аналитическим способом по индексу преломления

Цель всей ЛРдобиться от студентов умения решать вопрос об учете или неучете поправки за атмосферные условия в зависимости от конкретных измерительных задач.

Задача всей ЛР: Научиться определять поправку за атмосферные условия в длины линий, измеренных светодальномером, аналитическим способом.

Выносимые на изучение вопросы:

1. Аналитическое определение значения поправки за атмосферные условия на 1 км длины линии на основе вычисления рабочей скорости распространения электромагнитных волн в воздухе (вычисление показателя преломления воздуха).

Объект изучения: скорость распространения электромагнитных волн в воздухе.

Предмет изучения:

— поправка в длину измеряемой линии за отличие реальных метеорологических параметров атмосферы от метеопараметров, заложенных в вычислительную формулу измерительного прибора.

Используемые формулы:

— формула для вычисления рабочей скорости распространения электромагнитных волн в атмосфере;

— формула связи показателя преломления и индекса показателя преломления;

— формула для вычисления индекса группового показателя преломления воздуха для световых волн в «стандартных» атмосферных условиях (формула Коши);

— формула для вычисления индекса группового показателя преломления воздуха для световых волн для любых других атмосферных условий (формула Баррелла и Сирса);

— формула для вычисления индекса группового показателя преломления воздуха для ультракоротких волн (УКВ) для любых других атмосферных условий (формула Фрума и Эссена);

— формула для вычисления поправки за атмосферные условия на 1 км длины линии (по результатам вычисления индекса показателя преломления).

Список методических указаний и литература:

1. Методические указания к лабораторной работе по курсу «Электрооптические и радиогеодезические измерения» (для студентов специальности 1301). Донецк: ДПИ., 1988 г. – 36 с. – Составитель Ю.Ф. Кругликов. — № 3.11

2. Генике А.А., Афанасьев А.М. Геодезические свето- и радиодальномеры. Уч. для техникумов. – М.: Недра, 1988. – 302 с. – с. 52-58

3. Костецька Я.М. Геодезичні прилади. Частина II. Електронни геодезічни прилади: Підручник. – Львів: ІЗМН, 2000. – 324с. – с. 23-44, 268-272.

4. Пащенков В.З. Радио- и светодальномеры. 2-е изд. М.: Недра, 190. – 333 с. – с. 21-23.

5. Селиханович В.Г. Геодезия. Учебн. Для вузов. Ч. II – М.: Недра, 1980. 540 с. – с. 4-6, 24-28, 36-37, 288, 312..

6. Селиханович В.Г. , Козлов В.П., Логинова Г.П. Практикум по геодезии. – М.: Недра., 1978. 382 с. – с. 6, 20-21.

7. Учет атмосферных влияний на астрономо-геодезические измерения / А.Л. Островский, Б.М. Джуман, Ф.Д. Заболоцкий, Н.И. Кравцов. – М.: Недра, 1990. – 235 с. – с. 18-24, 182-227.

8. Leica TPS 400 Series. Руководство пользователя. Версия 5.0 Русская. – 172 с.

9. Большаков В.Д., Деймлих Ф., Голубев А.Н., Васильев В.П. Радиогеодезические и электрооптические измерения. – М.: Недра, 1985. – 303 с. – с. 68-75, с. 275-279.

Организация лабораторной работы

Каждому студенту в начале занятия необходимо выдать индивидуальное задание, с которым они должны работать. В аудитории они должны начать вычисления, а дома – закончить.

Для написания отчета по лабораторной работе студенты должны провести все необходимые вычисления и сделать соответствующие выводы. Выполнение задания базируется на тех знаниях, которые были получены в аудитории на лабораторной работе.

Порядок проведения лабораторной работы.

  1. Общая постановка проблемы

Проблема: та же самая, что и в ЛР_1.

При объяснении необходимо, чтобы студенты активно работали с МУ [1].

2. Вывод общего вида формулы поправки за атмосферные условия в измеряемые длины аналитическим способом на основе вычисления рабочей скорости распространения электромагнитных волн в воздухе (вычисление показателя преломления воздуха)

Задача: разъяснить основные моменты решения поставленной задачи, с тем, чтобы выполнить ее самостоятельно по индивидуальным исходным данным

2.1. Для выполнения данной части лабораторной работы использовать МУ [1], стр. 6-16.

2.2. Вернуться к формуле скорости распространения электромагнитных волн из п. 1.3. Перейти в ней к групповой скорости и групповому показателю преломления. Пояснить, что такое групповая скорость. Групповая скорость – это скорость распространения амплитуды суммарного колебания группы волн.

2.2. Рассмотреть показатель преломления  и индекс показателя преломления  либо просто индекс преломления. Показать их связь:

            

Обратить внимание, что индекс преломления – это тот же , только теперь применительно к показателю преломления: дробная часть показателя преломления, взятая до шестого знака включительно, т.е. до миллионной части, и выраженная в виде целого числа. Удобнее работать с индексом преломления, чем с показателем преломления.

2.3. Отметить, что групповой индекс показателя преломления воздуха для световых волн в стандартных атмосферных условиях вычисляется по формуле Коши. Разобраться с обозначениями и единицами измерения. Вычислить групповой индекс показателя преломления воздуха для световых волн с длиной волны  для стандартных условий (или ). Обратить внимание, что температура должна браться по абсолютной шкале.

2.4. Отметить, что групповой индекс преломления воздуха для волн оптического диапазона для любых других атмосферных условий вычисляется по формуле Баррелла и Сирса, а для волн УКВ – по формуле Фрума и Эссена. Разобраться с обозначениями и единицами измерения. Вычислить групповой индекс преломления воздуха для световых волн указанной выше длины и волн УКВ для любых других атмосферных условий. (Индекс преломления волн УКВ не зависит от длины волны. Поэтому значение длины волны УКВ не задается в качестве исходных данных).

2.5. Записать в общем виде формулу для вычисления поправки на 1 км длины линии за отличие реальных атмосферных условий от «стандартных» условий, заложенных в формулу, для светодальномера и радиодальномера (формула (2.8) в МУ [1]) при 2-х значениях влажности. Сделать выводы о влиянии или не влиянии влажности воздуха.

Обязательно обратить внимание на следующее обстоятельство. При выполнении 2-й части лабораторной работы в качестве «стандартной» атмосферы принимается атмосфера, характеризуемая метеопараметрами, указанными в п. 2.3. Поэтому получаемые значения  по номограмме и аналитически будут иметь разные значения, так как при построении номограммы использовались другие стандартные условия (или ).

Внимание!!!

В МУ [1] в формуле (2.8) ошибка. Поправка  получается не в мм (миллиметрах), а в м (метрах)!.

2.6. Вычислить рабочую скорость распространения световых волн и УКВ радиоволн в атмосфере при заданных метеопараметрах при 2-х значениях влажности. Сравнить скорости и сделать вывод. Сравнить скорости одноименных волн при разных значениях влажности и сделать выводы.

2.7. По вычисленным скоростям распространения электромагнитных волн вычислить разницу  (часы, минуты, секунды, миллисекунды, микросекунды, наносекунды, пикосекунды – выбрать наиболее подходящую или удобную единицу) во времени прохождения обеими волнами дистанции в 1000 м. Оценить задержку во времени. Сделать выводы.

Для справки: .

2.8. Перевести задержку во времени  из единиц времени (часы, минуты, секунды, миллисекунды, микросекунды, наносекунды, пикосекунды – выбрать наиболее подходящую или удобную единицу) в линейные единицы (километры, метры, миллиметры, микрометры, нанометры – выбрать наиболее удобную или подходящую единицу). Перевод осуществлять для обеих вычисленных скоростей. Оценить задержку во времени в линейных единицах: большая или маленькая. Такая задержка во времени прохождения одной и той же дистанции электромагнитными волнами разной длины или одинаковой длины, но при разных метеоусловиях, выраженная в линейных единицах, называется разностью хода лучей. Сделать выводы.

Задание 3.

Выдать каждому студенту индивидуальные значения температуры сухого (должна быть такой же, как и температура воздуха) и влажного термометров для определения влажности. Работу выполнять для 2-х вариантов влажности воздуха. Сначала сделать первый вариант, а затем второй. Результаты вычислений свести в таблицы.При необходимости сравнить полученные результаты и сделать выводы.

1. По выданным исходным данным каждый студент самостоятельно должен вывести общий вид формулы для вычисления поправки за атмосферные условия для волн оптического диапазона и для радиоволн (УКВ). Затем по полученной формуле он должен вычислить значения поправок для любых пяти длин из диапазона: 10-100 м, 100-500 м, 500-1000м, 1000-3000 м, 3000-5000 м (выбирает сам).

2. Необходимо сравнить полученные значения поправок для волн оптического диапазона и сделать вывод о том, надо ли вводить в измеренные светодальномером значения длин поправку за атмосферные условия или же нет. Либо в каком случае надо, а в каком нет. При обосновании вывода учитывать, что средняя квадратическая погрешность определения длин линий электронным тахеометром Leica TCR405 описывается формулой

               ,

где — длина линии в км.

3. Сделать выводы:

— о рабочей скорости распространения световых волн и радиоволн в атмосфере;

— о времени прохождения световым и радиосигналом дистанции в 1000 м;

— о величине временной задержки между прохождениями обоими сигналами указанной дистанции и об этой же задержке, но выраженной в линейных единицах (разность хода лучей).

4. Сравнить результаты, полученные при одном значении влажности и при другом. Сделать выводы.

Отчет по ЛР

В отчете отразить следующие вопросы (некоторые из них найти в литературе самостоятельно):

1. Описать процесс выполнения задания №3 с результатами и выводами.

 

    Скачать с Depositfiles