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 ЛР: добиться 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.
-
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.
