Боковая рефракция света

Ошибки рефракционного происхождения являются главными ошибками высокоточных угловых измерений. Возникают они вследствие искривления световых лучей, идущих от визирной цели к инструменту через слои воздуха разной плотности.

Рис.9.5. Угол рефракции света

Поясним это. Так как атмосфера Земли является оптически неоднородной средой, то световой луч проходит от точки А к точки В не по прямой АВ , а по сложной кривой двоякой кривизны оптически кратчайшем путем А m В (рис. 9.5). Наблюдатель, находясь в точке А, видит изображение точки В не по направлению АВ, а по касательной АВ¢ к элементу световой кривой в точке А. Угол r есть мера рефракции.

Определение: мерой рефракции при угловых измерения является угол r между касательной АВ¢ к лучу в начальной точке его и хордой АВ, соединяющей конечные точки луча.

Проекция угла r на горизонтальную плоскость определяет угол d боковой рефракции, а проекция этого же угла r на вертикальную плоскость – угол r вертикальной рефракции. Угол r характеризует влияние рефракции на измеренные зенитные расстояния, угол d - влияние рефракции на горизонтальные направления и азимуты земных предметов. Углы рефракции не остаются постоянными, что не дает возможности учесть их влияния на результаты измерений.

Вертикальная рефракция может искажать зенитные расстояния до 2' и более. Влияние боковой рефракции только в редких случаях достигает 10".

Существует годовой, сезонный и суточный ходы рефракции. Кроме того, различают большие (областные) и малые (местные) поля рефракции.

Большие поля рефракции обусловлены следующими факторами:

а) общим распределением плотности воздуха от экватора к полюсу;

б) распределением плотности воздуха в прибрежных зонах морей и океанов;

в) распределением плотности воздух вблизи протяженных горных хребтов.

Влияние боковой рефракции в больших полях в среднем составляет 0,²2 и носит систематический характер.

Малые поля рефракции обусловлены местными аномалиями плотности воздуха на пути визирного луча (пересечение долин рек, болот, водной поверхности озер и т.д.). Влияние боковой рефракции на результаты угловых измерений за счет местных полей при неблагоприятных условиях достигает 3² - 7². В среднем эти влияния составляют 0, 6² и носят также систематический характер.

К настоящему времени наметились два пути решения проблемы и учета рефракции:

1. Создание приборов – рефрактометров для непосредственного измерения углов рефракции с требуемой точностью.

2. Разработка наиболее эффективных методических приемов исключения или существенного ослабления влияний рефракции на результаты измерений.

Имеющиеся сейчас приборы – рефрактометры не могут обеспечить измерения углов рефракции с требуемой точностью. Поэтому при геодезических измерениях, в основном, идут по пути ослабления влияния рефракции методическими приемами. Так для этого при производстве геодезических измерений в сетях 1 и 2 классов действующие инструкции требуют:

1. Измерять горизонтальные направления и углы при хорошей и удовлетворительной видимости на спокойные или слегка колеблющиеся изображения визирных целей.

2. В солнечные дни время, близкое к восходу и заходу солнца, не использовать для высокоточных измерений.

3. Наблюдений на пунктах 1 и 2 классов выполнять как минимум в две видимости, т.е. утром и вечером или в разные дни.

4. Линия направления не должна проходить от ноги сигнала или другого предмета ближе, чем на 20см.

5. Особенно тщательно следует выбирать начальные направления.

Все перечисленные меры по ослаблению влияния внешних условий позволяют измерить угол со СКО 0,6² - 0,8². Для государственных сетей эта точность достаточна. Однако при создании специальных геодезических сетей, например на геодинамических полигонах, требуется уже более высокая точность угловых измерений. Поэтому, поскольку приборы для непосредственного измерения углов рефракции еще не созданы, необходимо развивать и совершенствовать методики ослабления влияния рефракции на результаты геодезических измерений.