Стрілець Володимир Олександрович. Методи та засоби вимірювання великих довжин для метрологічного забезпечення систем зовнішньотраєкторних вимірювань

brief description

Стрілець Володимир Олександрович. Методи та засоби вимірювання великих довжин для метрологічного забезпечення систем зовнішньотраєкторних вимірювань. : Дис... канд. наук: 05.11.15 2002

Стрілець В.О.Методи та засоби вимірювання великих довжиндля метрологічного забезпечення систем зовнішньотрєкторних вимірювань” Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.15 метрологія та метрологічне забезпечення. Харківський державний науково-дослідний інститут метрології, Харків, 2002.
Дисертація присвячена розробці та дослідженням методів та засобів вимірювання великих довжин.
Виконано розрахунки умов резонансного збудження мікрохвильовим полем активного середовища лазерного активного елементу. В результаті експериментальних досліджень створено лазер, що має співвідношення сигнал/шум на рівні квантових шумів. Це дозволило зменшити похибку вимірювання довжини віддалеміром та підвищити його дальність дії в 1,5-2 рази (до 20 км).
Розроблено конструкції прийомо-передавача та відбивача, в яких забезпечено мінімальну інструментальну похибку в широкому діапазоні робочих температур. Проаналізовано складові інструментальної похибки і отримано їх значення. Розроблено методику вимірювання показника заломлення повітря в приземному прошарку повітря для різноманітних географічних зон, а також методику атестації антенних базисів систем зовнішньотраєкторних вимірювань, що забезпечують необхідну точність вимірювання.

У дисертації наведені теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі зниження інструментальної та методичної похибки віддалемірного комплексу на основі: 1) аналізу складових інструментальної похибки; 2) аналізу складових методичної похибки; 3) розробки двомодового гелій-неонового лазера з коленіарною полярізацією випромінювання, мікрохвильовим поперечним збудженням плазми та шумами на рівні квантових флуктуацій випромінювання. Виконане дисертаційне дослідження дозволяє зробити наступні висновки щодо наукового значення та сформулювати рекомендації щодо практичного використання отриманих результатів.

Підвищення точності вимірювання довжини на відстані від 102до 104м є актуальною науковою проблемою. Вимоги щодо точності вимірювання великої відстані постійно зростають в міру подальшого розвитку метрології та цілого комплексу наук про Землю. В дисертації при оцінці отриманих результатів в якості характеристик випадкової або невилученої систематичної похибок використовується винятково СКВ. Така форма виразу відповідає чинній в Україні нормативній документації. Крім того, ця форма виразу відповідає перспективі, повязаній з переходом відпохибкидоневизначеностіпри оцінці точності вимірювань.
Для вирішення проблеми підвищення точності вимірювання великої відстані необхідно:
кількісно оцінювати збурення атмосфери в приземному прошарку, на фоні яких спостерігається корисний сигнал;
цілеспрямовано використовувати методи та засоби зниження впливу перешкод та шумів (конструктивно-технологічні методи захисту, диференціальні схеми вимірювань та інше);

оцінювати, як шуми накладаються на результат вимірювання, незважаючи на вжиті заходи.

Досить вагомим внеском став теоретичний розрахунок гелій-неонового лазера з мікрохвильовим збудженням, та його створення, що забезпечило максимальне співвідношення сигналшум (шуми на рівні квантових флуктуацій випромінювання). Значна частка дисертації присвячена дослідженням двомодових гелій-неонових лазерів, а також складових похибки вимірювання комплексу, що повязані з лазером.

Нові наукові та практичні результати, що отримані в дисертації, характеризуються наступними якісними та кількісними показниками:

створено двомодовий гелій-неоновий лазер з поперечним мікрохвильовим збудженням, що забезпечило максимальне співвідношення сигналшум вимірювального каналу і підвищило дальність дії ЛВС до 20000 м при збереженні високої точності вимірювання;
запропоновано спосіб компенсації складових похибки ЛВС, повязаних з діапазоном робочих температур, що розширило можливості його використання;
виконані дослідження складової приладової поправки ЛВС, що залежить від кута нахилу приладу, дозволили зменшити систематичну похибку;
класифіковані похибки конструктивних елементів апаратури та розроблено вимоги до конструкції, що забезпечують необхідну приладову похибку;
досліджено складові похибки точкового методу вимірювання середньоінтегрального значення показника заломлення повітря в приземному прошарку атмосфери для різноманітних географічних зон та запропонована оригінальна методика виконання вимірювань великих відстаней;
розроблено методики атестації антенних базисів систем ЗТВ, які забезпечують необхідну точність вимірювання;
створений ЛВК дозволяє атестувати антенні базиси систем ЗТВ з вищою точністю та вести дослідження тектонічних рухів їх фундаментальних реперів;
практично реалізована і впроваджена на обєктах мала серія ЛВК дозволила забезпечити єдність вимірювань довжини та найвищу точність зовнішньотраєкторних вимірювань параметрів руху ракет-носіїв.

Обгрунтованість отриманих результатів обумовлена наступними фактами, що отримані під час дисертаційного дослідження:

теоретичний розрахунок власних частот та структури електромагнітного поля в ЛАЕ з мікрохвильовим збудженням плазми підтверджено створеним двомодовим випромінювачем гелій-неонового лазера, який має співвідношення сигналшум 1500±400;
численні звіряння результатів вимірювання довжини, які виконано ЛВК та високоточними ЗВ, що реалізують інші методи вимірювання, не виявили додаткової систематичної похибки;
використання результатів атестації лінійних баз систем ЗТВ, які отримано за допомогою запропонованих методик вимірювання , при складанні прогнозу польота балістичних ракет, не виходили за допустимі межі.

Результати, що отримані в дисертації, рекомендується використовувати при розробці опто-електронної апаратури (віддалемірів, тахеометрів, інтерферометрів і т.п.); при виконанні вимірювань довжини в геодезії, геофізиці, великомасштабному будівництві; при метрологічному забезпеченні єдності вимірювань довжини в Україні; у навчальних курсах вузів, що готують фахівців із метрології і прикладної геодезії.
Виконані в дисертації дослідження, розроблені методи та отримані результати є основою для вирішення ряду перспективних проблем, що виходять за межі цієї роботи, таких, як, наприклад:

метрологічного забезпечення геодинамічних полігонів (Кримський, Карпатський, Бориславський), а також техногенних полігонів в районах Рівненської, Південно-Української та інших АЕС України, включених до Державної програми створення ГГМ України, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України 08.06.1998р. за №844;
метрологічного забезпечення відповідної вимірювальної апаратури Держкомгідромета України згідно Державній програмі науково-технічного переоснащення системи гідрометеорологічних спостережень”, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України 24.09.1999р. за №1763.