Дальномер

Дальномер, прибор для измерения расстояний. Широко применяется в инженерной геодезии (при строительстве путей сообщения, гидротехнических сооружений, линий электропередач и т. д.), при топографической съёмке, в военном деле (главным образом для определения расстояний до целей), в навигации, в астрономических исследованиях, в фотографии.

  По принципу действия различают Д. геометрических и физических типов. Измерение расстояний Д. первого типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC (рис. 1), например по известной стороне AB = l (базе) и противолежащему острому углу b (т. н. параллактическому углу). При малых углах b (выраженных в радианах) h = l/ b. Одна из величин, l или b, обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают Д. с постоянным углом и Д. с постоянной базой.

  Нитяной Д. с постоянным углом представляет собой зрительную трубу с двумя параллельными нитями в поле зрения. Базой Д. служит переносная рейка с равноотстоящими делениями. Измеряемое Д. расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, видимых в зрительную трубу между нитями. Нитяным Д. снабжены многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.). Относительная погрешность нитяного Д. ~ 0,3—1%.

  Более сложные оптические Д. геометрического типа имеют собственную постоянную базу. Они разделяются на две группы: монокулярные и бинокулярные (стереоскопические).

  Монокулярный Д. (рис. 2) устроен т. о., что изображение объекта (цели) видно в окуляре Ок составленным из двух половин, разделённых горизонтальной линией; разные половины изображения построены лучами, прошедшими различные оптические системы Д. (O₁ и O₂).

  В случае очень удалённого объекта, когда попадающие в Д. лучи A₁ и A₂ практически параллельны, обе половины изображения находятся в одном месте на горизонтальной линии раздела и образуют цельное изображение. С приближением объекта к Д. параллельность лучей A₁ и a₂ нарушается и половинки изображения расходятся вдоль линии раздела. Для измерения расстояния до объекта требуется свести смещенные половинки изображения с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем. Результат измерения прочитывается на специальной шкале. Погрешность монокулярных Д. двойного изображения ~ 0,1% при длинах до 1 км.

  Монокулярные Д. с базой 3—10 см широко применяют в качестве фотографических Д. Обычно фотографические Д. объединяют в одну оптическую систему с видоискателем фото- или киноаппарата. Лучи света от объекта съёмки проходят в фотографический Д. (рис. 3) через две различные оптические системы (основную и дополнительную). Построенные этими системами изображения видны в окуляре Д. несовмещёнными. Для наведения объектива на резкость и получения чёткого фотоснимка оба изображения совмещают в одно перемещением оптического компенсатора, связанного с механизмом фокусировки объектива фотоаппарата.

  Стереоскопический Д. с постоянной базой (рис. 4) представляет собой двойную зрительную трубу с двумя окулярами. Действие Д. основано на стереоскопическом эффекте: рассматриваемые отдельно каждым глазом изображения сливаются в одно объёмное, в котором ощущается разница в расположении предметов по глубине. Для определения расстояния до объекта (цели) изображение объекта совмещают с изображением специальной метки («марки»), находящейся в фокальной плоскости Д. Объект и «марка» должны как бы находиться на одинаковом расстоянии от наблюдателя. Смещение оптического компенсатора, требуемое для совмещения «марки» и цели, пропорционально определяемому расстоянию. Точность стереоскопического Д., особенно с базой в несколько м, на порядок выше точности монокулярных Д.

  Принцип действия Д. физического типа — световых, радио и акустических — состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный Д. сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света с или звука v) считается известной.

  Светодальномеры, или электрооптические Д., делятся на импульсные и фазовые. Д. первого вида непосредственно измеряют промежуток времени t, за который световой импульс проходит удвоенное расстояние до 2L , так что L = ct/2 + k, где k — постоянная Д.

  В фазовых Д. используется непрерывный световой поток с искусственно создаваемыми высокочастотными изменениями (модуляцией) его интенсивности. При плавном изменении частоты модуляции изменяется разность фаз модуляции у посылаемого и отражённого потоков света. В результате в Д. наблюдаются максимумы и минимумы интенсивности света, по числу которых определяют время t t , а затем L (подробнее см.(смотри) Электрооптический дальномер). По величине и точности светодальномеры делят на большие, средние и малые (топографические), позволяющие измерять расстояния 20—25 км с точностью 1 : 400 000, 5—15 км с точностью 1 : 300 000, а 5—6 км с точностью 1 : 10 000 — 1 : 100 000. На «Луноходе-1» был установлен отражатель лазерного светодальномера, предназначенный для измерения расстояния до Луны (около 385 000 км) с точностью несколько м.

  В радиодальномерах обычно используют электромагнитные волны сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Различают импульсные радиодальномеры и Д. с непрерывным излучением (подробнее см.(смотри) Радиодальномер).

  В связи с сильным поглощением и рассеянием света и радиоволн конденсированными средами (жидкостями и твёрдыми телами) свето- и радиодальномеры применяются только в атмосферных условиях и в космическом пространстве. Для определения расстояний в толще вод океанов и морей используют акустические Д., поскольку поглощение водой ультразвука незначительно (см. Эхолот, Гидролокатор).

  Теоретически радиус действия Д. физического типа определяется мощностью посылаемых сигналов и чувствительностью приёмного устройства Д., фиксирующего отражённый сигнал. Возможности Д. иллюстрирует следующий пример: во время полёта межпланетной станции «Венера-7» расстояние между Землёй и Венерой (свыше 60 млн. км) измерялось с точностью до 1 км.

  Лит.: Краткий топографо-геодезический словарь-справочник, М., 1968; Кондрашков А. В., Электрооптические дальномеры, М., 1959; Проворов К. Л., Радиогеодезия, М., 1965; Бородулин Г. И., Обзор современной светодальномерной аппаратуры, «Геодезия и картография», 1970, №7.

  Ю. Н. Дрожжин-Лабинский

Рис. 4. Внешний вид (а) и схема устройства (б) стереоскопического дальномера: A₁, A₂ — окна; B₁, B₂ — отражатели (призмы); O₁, O₂ — оптические системы, строящие изображения; К — компенсатор для совмещения «марки» с изображением; C₁ и C₂ — призмы; О_к — окуляр; в — поле зрения с «марками».

Рис. 3. Фотографический дальномер: C₁ и C₂ — призмы, В — объектив фотоаппарата, К — рычаг; до фокусировки глаз видит в видоискателе два изображения (а), после фокусировки — поворота объектива и смещения рычага с призмой — одно (б).

Рис. 1. Схема, поясняющая принцип действия дальномера геометрического типа: AB — база, b — параллактический угол, h — измеряемое расстояние.

Рис. 2. Устройство монокулярного дальномера: B₁ и B₂ — отражатели, расположенные на концах базы; O₁ и O₂ — оптические системы, строящие изображения; С — специальный отражатель (призма), совмещающий оба изображения в общей фокальной плоскости F , О_к — окуляр. В кружках показано видимое в окуляр изображение до совмещения (а) и после совмещения (б).