Разработка перспективных методов метрологического обеспечения линейных измерений в геодезии Чеховский, Александр Михайлович

Введение к работе

Актуальность темы. С повышением инструментальной точности дальномеров и интенсивным развитием спутниковых геодезических систем резко обострилась проблема метрологического обеспечения линейных измерений.

Как известно, основой метрологического обеспечения линейных измерений является научно обоснованная и практически реализованная система передачи размера единицы длины от эталонов рабочим средствам измерений (РСИ), регламентируемая поверочной схемой. Эксплуатируемые до настоящего времени системы передачи размера единицы длины в область больших и сверхбольших длин (включая характерный для геодезических работ диапазон, простирающийся от метров до десятков километров) обеспечивают точность передачи в лучшем случае (1^5)10^-7 для расстояний до 20 км, однако уже сейчас геодезисты располагают средствами линейных измерений, инструментальная точность которых на порядок превышает указанную выше.

В специальной литературе неоднократно отмечалось, что действующие в области линейных измерений поверочные схемы (ГОСТ 8.020. 75.ГСИ и ГОСТ 8.503.84.ГСИ) не отвечают современным требованиям к точности передачи-и обладают множеством недостатков - в частности, многозвенностью, отсутствием прямой связи с единым эталоном времени-частоты-длины. (ВЧД). Таким образом, особую актуальность приобретает задача по разработке новой передаточной структуры и пове-рочой схемы, которая должна отвечать следующим требованиям:

содержать минимум промежуточных звеньев;

все звенья должны быть надежно, связаны с единым эталоном ВЧД;

должна быть обеспечена максимально" достижимая точность передачи размера единицы длины между звеньями;

Целью диссертационной работы является разработка концепции построения системы передачи размера единицы длины от эталонов рабочим средствам, а также разработка и исследование необходимых для ее реализации методов и средств высокоточных линейных измерений.

Основные задачи исследования. В соответствии с поставленной целью необходило решить следующие задачи :

I. Разработать принципы построения новой передаточной структуры, отвечающей установленным выше требованиям; .

1. Исследовать возможности создания.абсолютного лазерного интерферометра, способного измерять расстояния до 100 и более метров с максимально возможной точностью;

2. Исследовать проблему учета влияния атмосферы на интерференционные измерения эталонных длин и разработать' способы такого учета;

3. Исследовать инструментальные возможности увеличения'длины эталонных интерференционных базисов.

Метода исследований. Изучение состояния проблемы осуществлялось путем анализа отечественной и зарубежной специальной литературы. Предложенные в работе решения проверены методом численного моделирования", а их реализуемость подтверждается экспериментом, расчетами и точностными оценками, опирающимися на данные известных экспериментальных разработок.

Новые научные результаты:

1. Разработан проект поверочной схемы для средств измерений- длины в диапазоне 0+30000 м. Основой предлагаемой схемы метрологического обеспечения является абсбяатный. иитерференицонный базис наивысшей точности длиной I кы, погрешность измерения которого не превышает 1»10^-*'.

2. Разработаны принцшш построения оптимальной волновой иерархии для абсолютного интерферометра с многоволновым источником излучения и алгоритм вычисления расстояния.

3. Предложен ряд технических решений абсолютного интерферометра,
' способного измерять расстояния до 100 н более метров.

4. Впервые применительно к интерферометрии перемещений'предложен и

. разработан трехвблновъй вариант дисперсионного летада с испблъ-. эованиел третьей'оптической частоты в. ШМЭшшзоме спектра.

5. Впервые предложен и разработан метод оптического умножения раа- стояния на основе .лазерной импульсной интерферолегпрш.

6. Впервые разработан дальномерный вариант трехволнового дисперси-. онного .метода с использованием третьей несущей в ИК-диапазоне

спектра и предложено техническое решение трехволнового дальномера с YA&- и:С0_г-лазераш. практическая ценность. Предлагаемая система метрологического обеспечения в случае ее реализации позволит производить калибровку практически всех существующих и разрабатываемых средств прецизионных линейных измерений в диапазоне длин 0+30 км, инструментальная точность которых превышает Ю"⁷.

Основние положения, представляемые к защите.

1. Концепция развития метрологического обеспечения линейных измерений в геодезии;

2. Разработка методов и средств для абсолютных интерференционных измерений больших длин;

3. Разработка трехволнового дисперсионного метода в оптическом
диапазоне спектра;

4. Разработка метода оптического умножения расстояний на основе
лазерной импульсной интерферометрии.

Апробация. Основное содержание диссертации и результаты выполненных исследований докладывались на научно-технических конференциях и опубликованы в работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работаизложена на 167 страницах машинописного текста, включая 34 рисунка, 12 таблиц, 5 страниц приложения. Список литературы содержит 144 наименования, из которых 68 на иностранных языках.