Некоторые свойства электромагнитных волн

 

Важнейшими для геодезии характеристиками электромагнитной волны (ЭМВ) являются её длина λ и фаза колебания φ (рис. 14).

Рис. 14. Электромагнитная волна

 

Длина волны в геодезии является мерой для измерения расстояния, как один миллиметр является мерой в линейке или рулетке. Длина волны определяется по формуле:

.

Здесь: - v – скорость распространения ЭМВ;

- f – частота излучения.

Частота излучения задаётся электронным генератором геодезического прибора. Скорость распространения ЭМВ зависит от коэффициента преломления среды:

.

Здесь: - с – скорость света в вакууме, равное 299 792 458 м/с;

- n – коэффициент преломления среды.

Для атмосферы коэффициент преломления зависит от её состояния:

.

Здесь: - Р – давление воздуха;

- t° - температура воздуха;

- е – влажность воздуха;

- ν - частота электромагнитной волны;

- СО₂ – газовый состав атмосферы.

Если газовый состав атмосферы принято считать постоянным, то такие параметры, как: температура, давление и влажность при проведении высокоточных измерений расстояний в геодезии необходимо учитывать. Для этого геодезист должен уметь использовать такие физические приборы: термометр (рис. 15.а), барометр (рис. 15.б), психрометр (рис. 15.в).

а) б) в)

Рис. 15. Термометры, барометр, психрометр

 

Влияние частоты излучения на коэффициент преломления видно из рисунка 16, на котором показан известный опыт - разложение луча белого света на спектр.

Рис. 16. Разложение луча белого света на спектральные составляющие

 

Из рисунка видно, что для красного света коэффициент преломления меньше, чем для фиолетового.

Это явление сказывается и при измерении расстояний. На рисунке 17 видно, что излученный источником импульс белого цвета (левая часть рисунка), имеющий чёткие границы начала и конца («фронты» импульса), по мере полёта в атмосфере постепенно «размывается»; красные лучи обгоняют фиолетовые (правая часть рисунка). «Фронты» импульса искажаются, трудно определить, где начинается и где заканчивается импульс.

Рис. 17. «Размывание» импульса света

 

Фаза волны - часть полной волны. Она может быть выражена как в градусной мере, так и в долях полной волны. Например, на рисунке 14 фаза может быть 252°, то есть 0.7 полной длины волны. Если длина волны равна 10 метров, то расстояние будет 37 метров.

Необходимо заметить, что

Модуляция. Для целей измерения расстояний в геодезии используют электромагнитные волны с очень малой длиной волны – микроволновое и световое излучение. Эти волны в атмосфере распространяются прямолинейно, то есть непосредственно по измеряемому расстоянию. Подсчёт числа полных длин волн и фазы неполной волны при больших расстояниях в этих случаях весьма затруднён, поэтому используется модуляция ЭМВ более низкочастотными колебаниями. Пример амплитудной модуляции показан на рис. 18.

Рис. 18. Амплитудная модуляция

 

Амплитудная модуляция используется при применении для измерений светового или инфракрасного излучения. При использовании микроволнового радиоизлучения применяется частотная модуляция (рис. 19).

Рис. 19. Частотная модуляция