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WO1988009480A1 - Procede et dispositif pour compenser l'effet de turbulence en geodesie - Google Patents

Procede et dispositif pour compenser l'effet de turbulence en geodesie Download PDF

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WO1988009480A1
WO1988009480A1 PCT/CH1988/000093 CH8800093W WO8809480A1 WO 1988009480 A1 WO1988009480 A1 WO 1988009480A1 CH 8800093 W CH8800093 W CH 8800093W WO 8809480 A1 WO8809480 A1 WO 8809480A1
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WO
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target point
frequencies
measuring
different
measuring device
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/CH1988/000093
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Gaechter
André HUISER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Geosystems AG
Original Assignee
Wild Heerbrugg AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wild Heerbrugg AG filed Critical Wild Heerbrugg AG
Publication of WO1988009480A1 publication Critical patent/WO1988009480A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/781—Details

Definitions

  • the invention relates to a method for compensating for inhomogeneities in the refractive index of a dispersive medium when determining the direction of a target point by evaluating the propagation behavior of wave radiation emanating from the target point, according to the preamble of patent claim 1 of the procedure.
  • This basic knowledge leads to the object of the present invention, which consists in developing a method and a device for detecting and compensating for such turbulence effects when determining the direction, so that even variable inhomogeneities for a short time in the refractive index of a dispersive medium when determining the direction of a target point by evaluating the propagation behavior of a wave radiation emanating from the target point.
  • the measures according to the invention offer significant advantages in several respects: Even in the event of strong turbulence in the medium along the measuring path between the measuring point and the target point, e.g. perform very precise corrected angle measurements within seconds. The effects of turbulence are recorded briefly and also simultaneously with the actual measurement and processed to a corrected measured value. The reproducible accuracy of the measured values is a few hundred nanoradians when the measuring time of a few seconds is selected.
  • Fig. 4 shows the example of a transmitter with a laser diode for generating two transmission frequencies
  • Fig. 5 shows a receiver circuit for the invention
  • FIG. 1 There is a direct geometric connection D between a transmitter 1 and a receiver 2. Light rays emanating from the transmitter 1 are deflected along the transmission path as a result of changes in refractive index, so that they are in the receiver at an angle ⁇ with respect to the straight line D arrive. Without a correction, the transmitter 1 would be a virtual transmitter l r appear on the connection D ', which can lead to incorrect measurements, in particular in the case of angle measurements and measurement methods based thereon.
  • the dispersion effect is used, by means of which two different frequencies B and R are deflected to different extents along the transmission path.
  • the difference in the angle of incidence caused by the dispersion is delta ⁇ . It has now been shown that, due to the dispersion, the angle difference delta ⁇ is, in a first approximation, directly proportional to the angle error ⁇ originating from the changes in the refractive index.
  • the method described in more detail below takes this knowledge into account in that the angle deviations delta ⁇ caused by the dispersion are measured in very short time intervals as a series of individual measurements and are averaged over a period of seconds or minutes. The required correction for the actual measured value is then obtained from the mean value obtained. The time intervals mentioned for determining the correction values are matched to the actual changes in the refraction behavior of the transmission medium.
  • n (x, y, z) is the refractive index of the medium (e.g. air)
  • exp (ik (c + ax + by)] represents a plane wave propagating in the direction (a, b, l).
  • the angles a and b are only dependent on the wavelength of the light via the refractive index n, such as this is necessary for the turbulence compensation.
  • FIG. 4 shows the principle of obtaining two transmission frequencies from a single laser diode by frequency doubling.
  • the deflected beam passes through a non-linear crystal 8, e.g. a potassium niobate or lithium niobate crystal.
  • the frequency of the light wave is doubled, in the example to 860 nm.
  • This frequency lies in the blue range and is designated B in FIG. 4, in contrast to the original frequency, which is in red -Range and is designated with R.
  • an intensity filter 9 is provided in at least one of the beam paths.
  • a rotating chopper disk 10 which carries out a different intensity modulation for both frequencies. This is achieved by slits S1 and S2 of different widths on the circumference of the chopper disk 10.
  • the light rays R and B emanating from the transmitter 1 of different frequencies are collected jointly by a receiver optics 5 and directed onto the surface of a position-sensitive detector 6.
  • the different frequencies are red and blue light beams which emanate from at least one laser diode in the transmitter.
  • the detector is, for example, a dual photodiode, which has two adjacent light-sensitive areas E and F.
  • an evaluation circuit on the receiver side has inputs E and F for the output signals of the photodiode regions and a reference input Ref.
  • the input signals E and F are each fed to a sample and hold circuit 11 or 12.
  • the outputs of these two circuits are sampled by a multiplex circuit 14, amplified in an amplifier 15 and fed to registers 17 via an analog / digital converter 16, where the signals for further processing in can be temporarily stored in a computer 18.
  • Angular differences delta ß are obtained from the position signals at the inputs E and F.
  • these values are related to other measured values in the sense of a correction in accordance with a predetermined program, so that corrected measured values can be output directly at the computer output, or these values are stored for later processing.
  • two light frequencies of approximately 430 nm and approximately 860 nm were transmitted through an air atmosphere of approximately 24 degrees Celsius.
  • the aperture of the receiver optics was 36 mm in one case and 46 mm in the second case.
  • the individual measured values were averaged after 1 see and after 10 see. The results are as follows:

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Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Turbulenzeinflüssen im Vermessungswesen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Inhomogenitäten im Brechungsindex eines dispersiven Mediums bei der Richtungsbestimmung eines Zielpunktes durch Auswer¬ tung des Ausbreitungsverhaltens einer vom Zielpunkt aus¬ gehenden Wellenstrahlung, gemäss dem Oberbegriff des Patent¬ anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Im Vermessungswesen machen sich mit steigender Präzision der Instrumente und mit den höheren Anforderungen an die Mess¬ genauigkeit Turbulenzen des vom Messstrahl zu durchdringen¬ den Mediums störend bemerkbar. Dies äussert sich z.B. darin, dass eine punktförmige Lichtquelle in einer gewissen Distanz nur noch als flimmernder Leuchtfleck beobachtet wird. Ein solcher verschmierter Leuchtfleck kann mit herkömmlichen Methoden nicht weiter aufgelöst werden, da die wahre Posi¬ tion des Bildes der punktförmigen Lichtquelle statistischen zeitlichen Schwankungen unterliegt, die auf Inhomogenitäten in der Dichte des durchdrungenen Mediums und damit auf Schwankungen des Brechungsindexes längs der Messstrecke beruhen. Untersuchungen zu diesen Phänomenen wurden ursprünglich angeregt durch die Beobachtung der Gestirne und die dabei auftretenden Unregelmässigkeiten, die sich bei der Beo¬ bachtung durch die Erdatmosphäre einstellen. Zur Reduktion der dadurch entstehenden Messfehler bei optischen Beobach¬ tungen sind bisher nur Verfahren bekannt zur Kompensation von quasi-statischen grossräumigen Inhomogenitäten, die so¬ genannte Refraktionskompensation. Bei der Durchführung dieser Verfahren müssen entsprechend lange Beobachtungs¬ zeiten in Kauf genommen werden.
Inzwischen hat sich gezeigt, dass Verfahren zur Refraktions¬ kompensation für die Korrektur bei hochpräziseπ Messungen nicht mehr ausreichen. Vielmehr machen sich die Einflüsse von Turbulenzen im durchdrungenen Medium als überwiegender Störfaktor bemerkbar. Besonders unangenehm sind die Turbu¬ lenzen z.B. bei hochpräzisen optischen Richtungsbestim¬ mungen, die mit Hilfe eines Richtstrahls, z.B. eines vom Zielpunkt ausgehenden Laserstrahls, arbeiten. Turbulenzen sind aber im Gegensatz zur Refraktion keine Langzeiteffekte, sondern je nach den Strömungsverhältnissen im Medium Kurz¬ zeiteffekte, welche das Brechungsverhalten längs der Mess¬ strecke innerhalb von Minuten oder Sekunden entscheidend verändern können.
Diese grundsätzliche Erkenntnis führt zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, welche darin besteht, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und zur Kompensation derartiger Turbuleπzeffekte bei der Richtungsbestimmung zu entwickeln, so dass auch kurzzeitig variable Inhomogenitäten im Brechungsindex eines dispersiven Mediums bei der Rich- tungsbestimmuπg eines Zielpunktes durch Auswertung des Ausbreitungsverhaltens einer vom Zielpunkt ausgehenden Wellenstrahlung berücksichtigt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Ansprüchen 1 und 5 definierten Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemässen Massnahmen bieten wesentliche Vor¬ teile in mehrfacher Hinsicht: Auch bei starken Turbulenzen im Medium längs der Messstrecke zwischen dem Messpunkt und dem Zielpunkt lassen sich in kürzester Zeit, z.B. innerhalb von Sekunden, sehr präzise korrigierte Winkelmessungen durchführen. Dabei werden die Effekte von Turbulenzen kurzzeitig und ausserdem gleichzeitig mit der eigentlichen Messung erfasst und zu einem korrigierten Messwert verarbei¬ tet. Die reproduzierbare Genauigkeit der Messwerte liegt bei Wahl der Messzeit von einigen Sekunden bei einigen hundert Nanoradian .
Entgegen bisheriger Annahmen aus bekannten Verfahren zur Refraktionskompensation ist es für die optimale Kompensation von Turbulenzeinflüssen entscheidend, die Apertur der Em¬ pfängeroptik möglichst klein zu wählen. Dies bedeutet, dass eine entsprechende zusätzliche Einrichtung in einem konven¬ tionellen Theodoliten Platz findet, wodurch dessen Messge¬ nauigkeit insbesondere bei starken Temperaturunterschieden und bei Auftreten einer gewissen Luftströmung, erheblich verbessert werden kann. Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung des Messprinzips,
Fig. 2 den Einfluss der Dispersion bei der Messung,
Fig. 3 die Varianz der nach dem erfindungsgemässen Ver¬ fahren korrigierten Winkeldifferenz (Kurve A) im Vergleich zum konventionell gewonnenen Ergebnis (Kurve B),
Fig. 4 das Beispiel eines Senders mit einer Laserdiode zur Erzeugung von zwei Sendefrequenzen, und
Fig. 5 eine Empfängerschaltung zur erfindungsgemässen
Auswertung optischer Signale unter Verwendung des Multiplex-Verfahrens.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird zunächst anhand von Fig. 1 erläutert. Zwischen einem Sender 1 und einem Empfänger 2 besteht eine direkte geometrische Verbindung D. Lichtstrahlen, die vom Sender 1 ausgehen, werden als Folge von Brechwertänderungen auf ihrem Weg längs der Übertra¬ gungsstrecke abgelenkt, so dass sie im Empfänger unter einem Winkel ß gegenüber der Geraden D eintreffen. Ohne Vornahme einer Korrektur würde der Sender 1 als virtueller Sender lr auf der Verbindung D' erscheinen, was insbesondere bei Win¬ kelmessungen und darauf beruhenden Messverfahren zu Fehl¬ messungen führen kann.
Zur Langzeit-Kompensation des durch die Refraktion hervor¬ gerufenen Winkelfehlers ß wird der Dispersionseffekt heran¬ gezogen, durch welchen zwei unterschiedliche Frequenzen B und R längs der Übertragungsstrecke verschieden stark abge¬ lenkt werden. Der durch die Dispersion verursachte Unter¬ schied im Einfallswinkel beträgt delta ß. Es hat sich nun gezeigt, dass die Winkeldifferenz delta ß aufgrund der Dis¬ persion in erster Näherung direkt proportional ist zu dem von den Brechwertänderungen stammenden Winkelfehler ß. Diese Grundtatsacheπ haben in gewissen Grenzen für alle brechenden Medien Gültigkeit, also für Luft ebenso wie für Wasser oder andere Fluide, sowie auch für Festkörper, bezüglich der Aus¬ breitung beliebiger Wellen.
Bisherige Verfahren zur Kompensation des Refraktionswinkels ß sind von Langzeitbeobachtungen der Winkelabweichungen aus¬ gegangen. Turbulenzeinfiüsse durch zeitlich veränderliche Ungleichvεrteilungen in der Dichte und damit im Brechungs¬ index des von der Wellenstrahlung durchsetzten Mediums wurden dabei nicht berücksichtigt.
Fig. 2 zeigt nun die Momentaufnahme für den Krümmungsverlauf von Strahlungsachsen unterschiedlicher Frequenz unter Be¬ rücksichtigung der Turbulenzen. Dabei ist zu berücksichti¬ gen, dass sich die Turbulenzen durch Strömungseinflüsse oder unterschiedliche Wärmeeiπstrahlung längs der Übertragungs- strecke zeitabhängig verändern können. Dementsprechend würde sich auch der Verlauf der Achsen von B und R in Fig. 2 und damit der Einfallswinkel am Empfänger verändern.
Das im folgenden näher beschriebene Verfahren trägt dieser Erkenntnis dadurch Rechnung, dass die von der Dispersion verursachten Winkelabweichungen delta ß in sehr kurzen Zeit¬ intervallen als eine Serie von Einzelmessungen ausgemessen und über einen Zeitraum von Sekunden oder Minuten ausgemit- telt werden. Aus dem erhaltenen Mittelwert wird dann die erforderliche Korrektur für den eigentlichen Messwert gewon¬ nen. Die erwähnten Zeitintervalle für die Ermittlung der Korrekturwerte sind auf die tatsächlichen Veränderungen im Refraktionsverhalten des Übertragungsmediums abgestimmt.
Werden praktisch zur gleichen Zeit die eigentlichen Winkel¬ messungen und die Korrekturmessungen durchgeführt, werden damit diejenigen Ungenauigkeiten im Messergebnis beseitigt, welche auf den "Verschmierungseffekt" durch die frühere Langzeitintegration bzw. das Ausmitteln bei der Fehlerkom¬ pensation zurückzuführen sind. Die Messgenauigkeit kann dadurch ohne weiteres um eine Grössenordnung verbessert werden. Wie später noch plausibel gemacht wird, nimmt der Restfehler wesentlich schneller mit der Messzeit ab als dies bei der herkömmlichen Kompensationsmethode der Fall ist.
Im folgenden wird kurz auf den theoretischen Hintergrund der Erfindung eingegangen, soweit er zum Verständnis der Zusam¬ menhänge beiträgt. Betrachtet man eine für Z=0 ebene Welle, die sich in der Z- Richtung ausbreitet, so wird diese Welle durch Inhomogeni¬ täten in der Atmosphäre verzerrt. Es ist bekannt, dass diese verzerrte Welle in der Ebene z=R>0 näherungsweise gegeben ist durch
exp [ ik 0int dz n(x,y,z)] (Rytov'sche Näherung),
worin k die Wellenzahl des verwendeten Lichts und n(x,y,z) der Brechungsindex des durchsetzten Mediums (z.B. Luft) ist,
Das Integral 0intH dz n(x,y,z) lässt sich, ohne Näherung; partiell in eine Taylorreihe entwickeln:
int dz n(x,y,z) = c + ax + by + ^(x,y),
worin j2f(x,y) der Restterm ist. Nimmt man an, dass k^(x,y) klein gegen 1 ist, dann gilt
expfik0intR dz n(x,y,z)J = exp|]ik(c-ι-ax+by)_ l+iko(x, y)
Der Term exp[ik(c+ax+by)] stellt eine sich in der Richtung (a,b,l) ausbreitende ebene Welle dar. Die Winkel a und b sind nur über den Brechungsindex n von der Wellenlänge des Lichts abhängig, wie dies für die Turbulenzkompensation erforderlich ist.
Für das gute Funktionieren der Methode ist es wichtig, dass der Störterm k^.(x,y) so klein wie möglich ist. Je kleiner der betrachtete Ausschnitt aus der Wellenfront ist, um so kleiner wird also der Störter . Dies hat die beachtenswerte Konsequenz, dass die Apertur des Empfängers möglichst klein zu sein hat, was durchaus im Gegensatz zu der bisherigen Auffassung der einschlägigen Fachwelt steht. Bisher wurde davon ausgegangen, dass im Hinblick auf eine möglichst gute Mittelung der Turbulenzeinflüsse eine grosse Apertur zu ver¬ wenden ist. Das obige Ergebnis zeigt, dass diese traditio¬ nelle Auffasssung zu relativieren ist, sobald es um die Reduktion der Turbuleπzeinflüsse auf die Messgenauigkeit geht.
Je grösser die Turbulenzstrukturen sind, oder je kleiner die räumliche Frequenz der Variationen in n(x,y,z) ist, um so kleiner ist der Störterm k^f(x,y) im Verhältnis zu den Win¬ keln a und b. Diese grossen Turbulenzstrukturen verursachen also kleinere Fehler als die kleineren Strukturen. Grosse Strukturen verursachen gleichzeitig diejenigen Fehler, die sich am langsamsten ändern und deshalb mit den herkömmlichen Methoden am schlechtesten auszumitteln sind. Da die neue Methode gerade diese Fehler gut kompensiert, nimmt der Feh¬ ler bei der vorliegenden Methode viel schneller mit der Messzeit ab als bei konventionellen Methoden.
Fig. 3 zeigt die typische Gesetzmässigkeit im Verlauf der Fehlervarianz in Abhängigkeit von der Messzeit, und zwar Kurve A gemäss der Erfindung und Kurve B nach dem Stand der Technik.
Um die Anforderungen an die Stabilität des Empfängers auf einem Mini ium zu halten, ist es zweckmässig, nur einen gemeinsamen Übertragungskanal für die unterschiedlichen Frequenzen zu verwenden. Die Identifizierung der Frequenzen kann dann z.B. durch unterschiedliche Intensitätsmodulation für die verwendeten diskreten Frequenzen, erfolgen.
Fig. 4 zeigt das Prinzip der Gewinnung von zwei Sendefre¬ quenzen aus einer einzigen Laserdiode durch Frequenzverdop¬ pelung. Der von einer Laserdiode 1 ausgehende Strahl, der z.B. im roten Bereich liegt, vorzugsweise bei ca. 430 nm, wird in einem teildurchlässigen Spiegel 7A aufgespalten. Der abgelenkte Strahl durchläuft nach Umlenkung an einemm Spie¬ gel 7B im Beispiel einen nichtlinearen Kristall 8, z.B. ein Kaliu niobat- oder Lithiu niobatkristall . In diesem nicht- linearen Kristall wird die Frequenz der Lichtwelle verdop¬ pelt, im Beispiel also auf 860 nm. Diese Frequenz liegt im Blau-Bereich und ist in Fig. 4 mit B bezeichnet, im Gegen¬ satz zur ursprünglichen Frequenz, die im Rot-Bereich liegt und mit R bezeichnet ist. Zur Intensitätsanpassung der beiden Sendestrahlen ist ein Intensitätsfilter 9 in min¬ destens einem der Strahlengänge vorgesehen.
Zur besseren Identifizierung der beiden Sendestrahlen für die Auswertung im Empfänger ist eine rotierende Chopper- Scheibe 10 vorgesehen, welche für beide Frequenzen eine unterschiedliche Intensitätsmodulation vornimmt. Dies wird durch unterschiedlich breite Schlitze Sl bzw. S2 auf dem Umfang der Chopper-Scheibe 10 erreicht.
Fig. 5 zeigt eines von vielen möglichen Ausführungsbei- spielen für eine Empfängerschaltung zum Erfassen der be¬ schriebenen Winkelabweichungen. Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet ist, werden die vom Sender 1 ausgehenden Licht¬ strahlen R und B unterschiedlicher Frequenz von einer Empfängeroptik 5 gemeinsam aufgefangen und auf die Ober¬ fläche eines positionsempfindlichen Detektors 6 geleitet. Im Beispiel handelt es sich bei den unterschiedlichen Frequen¬ zen, wie oben erwähnt, um rote und blaue Lichtstrahlen, die von mindestens einer Laserdiode im Sender ausgehen. Beim Detektor handelt es sich z.B. um eine Dual-Photodiode, welche zwei benachbarte lichtempfindliche Bereiche E und F aufweist.
Entsprechend weist eine empfängerseitige Auswerteschaltung Eingänge E und F für die Ausgangssignale der Photodioden¬ bereiche sowie einen Referenzeingang Ref auf. Die Eingangs¬ signale E und F werden je einer Sample- und Hold-Schaltung 11 bzw. 12 zugeführt. Gesteuert von einer Logik- und Zeit¬ steuereinheit 13 werden die Ausgänge dieser beiden Schal¬ tungen von einer Multiplex-Schaltung 14 abgetastet, in einem Verstärker 15 verstärkt und über einen Analog/Digitalwandler 16 Registern 17 zugeführt, wo die Signale zur Weiterverar¬ beitung in einem Rechner 18 zwischengespeichert werden.
Aus den an den Eingängen E und F anfallenden Positionssigna- len werden Winkeldifferenzen delta ß gewonnen. Im Rechner werden diese Werte entsprechend einem vorgegebenen Programm zu anderen Messwerten im Sinne einer Korrektur in Beziehung gebracht, so dass am Rechπerausgang korrigierte Messwerte direkt ausgegeben werden können, oder diese Werte zur späteren Verarbeitung gespeichert werden. In einem praktisch ausgeführten Beispiel wurden zwei Licht¬ frequenzen von ca. 430 nm und ca. 860 nm durch eine Luft¬ atmosphäre von ca. 24 Grad Celsius übertragen. Die Apertur der Empfängeroptik betrug in einem Fall 36 mm und im zweiten Fall 46 mm. Zur Demonstration der mit der Messzeit stark abnehmenden Fehlervarianz wurden die Einzelmesswerte jeweils nach 1 see und nach 10 see gemittelt. Die Ergebnisse stellen sich wie folgt dar:
1. Apertur = 36 mm: leicht bewölkt; Wind von 2,5 m/s unkorrigiert korrigiert T - 1 see 1,58 x 10"11 rad2 1,74 x lO-11 rad2 T = 10 see 8,68 x 10"12 rad¬ 2,77 x 10-12 rad2
sonnig; Wind von 2,0 m/s unkorrigiert korrigiert T = 1 see 4,69 x 10~12 rad2 5,34 x 10"12 rad2 T = 10 see 2,70 x 10~12 rad2 5,59 x 10"13 rad2
2. Apertur - 46 mm: sonnig; Wind von 2,0 m/s unkorrigiert korrigiert T = 1 see 1,63 x 10"11 rad2 1,40 x 10"11 rad2
T = 10 see 7,52 x 10-12 rad2 1,95 x 10~12 rad2

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Kompensation von Inhomogenitäten im Brechungsindex eines dispersiven Mediums bei der Rich¬ tungsbestimmung eines Zielpunktes durch Auswertung des Ausbreitungsverhaltens einer zwischen dem Zielpunkt und einer Messstation zur Aussendung gebrachten Wellenstrahlung; dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei ausgewählte Frequenzen zur Aussendung gebracht werden und dass ihre Einfallswinkel an der Messstation praktisch gleichzeitig gemessen werden, dass die Differenz der beiden gemessenen Winkelwerte gebildet wird und dass aus dieser Differenz die Winkelabweichung zwischen der scheinbaren und der tatsäch¬ lichen Richtung des Zielpunktes nach einem bestimmten Algo¬ rithmus errechnet wird, wobei die Winkelabweichung als Kurrekturwert mit den gemessenen Einfallswinkeln zur Berechnung des wahren Richtungswertes verknüpft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Serie von Einzelmessungen vorgenommen wird, deren Resultate über einen Zeitraum im Sekundenbereich eum end¬ gültigen Messresultat gemittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesendeten Messwellen unterschiedlicher Frequenz mit unterschiedlicher Intensität moduliert werden und dass diese Modulationsunterschiede zur Identifikation der verschiedenen Frequenzen im Empfänger ausgewertet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom Zielpunkt ein Messimpuls zur Aussendung gebracht wird und dass an der Messstation mindestens zwei diskrete Fre¬ quenzen als Messfrequenzen zur weiteren Verarbeitung aus¬ gefiltert werden.
5. Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Messstation und einem Zielpunkt, wobei am Zielpunkt Mittel zum Aussenden von Lichtstrahlen mit min¬ destens zwei unterschiedlichen Frequenzen an die Messstation vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mess¬ station ein gemeinsamer Empfangskanal für die Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenzen vorgesehen ist.
6. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das mindestens optische Elemente (5) innerhalb des Empfangskanals, welche die Dispersion der vom Zielpunkt empfangenen Strahlen beeinflussen, den unterschiedlichen Frequenzen gemeinsam sind.
7. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren der Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz eine positionsempfindliche optoelektrische Wandler¬ einrichtung (6) vorgesehen ist, deren Ausgänge an eine Multiplex-Signalverarbeitungseinrichtung zur getrennten Verarbeitung von Lichtsignalen unterschiedlicher Frequenz angeschlossen sind.
8. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Empfangskanal ein Objektiv (5) mit minimaler Apertur vorgesehen ist.
9. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aussenden von Lichtstrahlen im Zielpunkt aus einer Laserdiode (1) einer ersten Frequenz bestehen und dass über einen Strahlteiler (7A) ein Teil des Laserstrahls in einen zweiten Stahlengang ausgeblendet wird, in welchem ein Frequenzvervielfacher (8) angeordnet ist, zur Erzeugung einer zweiten Frequenz.
10. Messeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beide Strahlen (B,R) Mittel (10) zur unterschiedlichen Intensitätsmodulation durchlaufen.
PCT/CH1988/000093 1987-05-19 1988-05-19 Procede et dispositif pour compenser l'effet de turbulence en geodesie Ceased WO1988009480A1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1918/87-4 1987-05-19
CH191887A CH674080A5 (de) 1987-05-19 1987-05-19

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WO1988009480A1 true WO1988009480A1 (fr) 1988-12-01

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PCT/CH1988/000093 Ceased WO1988009480A1 (fr) 1987-05-19 1988-05-19 Procede et dispositif pour compenser l'effet de turbulence en geodesie

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WO (1) WO1988009480A1 (de)

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Also Published As

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