DD301122A7

DD301122A7 - Verfahren und anordnung zur azimutbestimmung

Info

Publication number: DD301122A7
Application number: DD89328475A
Authority: DD
Inventors: Wieland Feist; Thomas Marold
Original assignee: Jenoptik Jena Gmbh
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1992-10-08
Also published as: DE4006939A1; CH681568A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Azimutbestimmung für Vermessungszwecke, indem durch Kopplung zwischen Tachymetrie und Satellitennavigationsempfänger, mittels der Satellitennavigation erfindungsgemäß in einem Arbeitsgang mit der Anzielung eines beliebigen Geländepunktes das Azimut bestimmt und das ermittelte Azimut vom Tachymeter automatisch zur Teilkreisrichtung des Tachymeters addiert und in einer Anzeige aufgerufen werden kann. Dadurch können Orientierungen von Aufnahmepunkten direkt auf der Erdoberfläche nach geographisch Nord ausgeführt werden, ohne Festpunktnetze. Fig.1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnung zur Azimutbestimmung für Vermessungszwecke, insbesondere zur Tachymetrie in Verbindung mit der Satellitennavigation, um unabhängig von örtlichen Koordinatensystemen oder in unbekanntem Gelände regionale Aufnahmenetze nicht nur lagemäßig, sondern auch richtungsmäßig auf der Erdoberfläche nach geographisch Nord zu orientieren.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ee Ist bekannt, die Position von Punkten mittels der Satellitennavigationsmethoden zu messen. Nachteilig lot dabei, insbesondere für die Verbindung mit konventionell gemessenen Netzen, daß bei den mit Satellitennavigation bestimmten Punkten keine Azimute mitbestimmt werden. Nach Ing, R. W.; Masters, E.G.; Rizos, C; Stolz, A.; CoIHnD, I.; „Surveying with Global Positioning System-GPS-" Ford. Dummler Verlag, Bonn 1987, S.32 ist bekannt, von diesen Punkten aus astronomische Azimutbestimmungen durchzuführen. Da zu astronomischen Azimutbestimmungen längere Beobachtungszeiten sowie eine klare Sicht erforderlich sind, ist diese Methode nicht überall und/oder sofort anwendbar. Der Vorteil der Sicht- und Wetterunabhängigksit der S&tellitennavigation geht dabei verloren. Aus King, R. W., u. a. ist weiterhin bekannt, auf 2 Punkten Satellitenempfängor aufzustellen und den zweiten Punkt als Azimutmarke für weitere Vermessungen zu verwenden. Diese Methode beruht auf der differentiellen Messung, bei der im Referenzsystem des Satellitensystems gemessene Strecken als dreidimensionale Vektoren darstellbar sind. Nachteilig ist, daß jeweils zwei komplette Satellitennavigationsempfänger benötigt werden, daß der Azimutwert erst in der, nach der Messung erfolgten Differenzbildung entsteht und in ein später auf diesen Punkt aufzustellendes Tachymeter einzugeben ist. Dazu muß außerdem mit dem Tachymeter, der bei der Satellitenvermessung benutzte zweite Punkt angezielt und der gemessene Winkel gleich dem Azimutwert gesetzt werden. Für die Präzisionsnavigation von Luftfahrzeugen ist ein Verfahren bekannt, bei dem auf dem anzufliegenden Bodenpunkt ein Retranslator angeordnet ist, der das Satellitensignalgemisch in eine andere Frequenz umsetzt und dem Luftfahrzeug zusendet. Das Luftfahrzeug ist mit einem Satellitennavigationsempfänger sowie einer zweiten Antennenanlage für die Signale des Rfitranslators ausgestattet, wobei der zweiten Antennenanlage eine Mischtiefe nachgeschaltet ist, die das» Signal in die ursprüngliche Frequenz umsetzt (Cardall, J.D.; Cnossen, Richard S.; Application of Differential GPS; Firmendruckschrift Magnavox, MX-TM-3341-81). Das Verfahren hat den Nachteil, daß eine zweimalige Umsetzung der Frequenz mit zwei verschiedenen, lokalen Oszillatoren erforderlich ist, um die Signale vom Satelliten und Retranslator trennen zu können.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile des Standes der Technik bei der' ~ 'mutbestimmung durch eine Kopplung zwischen Tachymetrie und Satellitennavigationsempfänger, um bei einem Geräteanwender eine Verringerung des technischen Aufwandes sowie eine Verkürzung der Meßzeit ;:u erhalten.

Darlegung des Wesens der b'rfinuung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorfahren und eine Anordnung zur Tachymetrie mittels Satellitennavigationsempfänger so zu gestalten, daß ein Tachymeter mittels der Satellitennavigation in einem Arbeitsgang mit der Anzielung eines beliebigen Geländepunktes gleichzeitig das Azimut mitbestimmt werden kann, um Orientierungen von Aufnahmepunkten direkt auf der Erdoberfläche nach geographisch Nord ausführen zu können, ohne das Testpunktnetze vorhanden sein müssen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Azimutbestimmung, mit einem Tachymeter zur Anzielung eines Guländepunktes, dessen Azimut bestimmt werden soll, einer über dem Geländepunkt um eine Steh- und Kippachse drehbaren Einrichtung mit einem Reflektor, deren Zielachsen auf das Tachymeter ausgerichtet sind, zur gegenseitigen Anzielung, einem Reflektor zur Anzielung weiterer Geländepunkte und einem Navigationssatellitensystem dadurch gelöst, daß die in einem Tachymeter 1 und über einem Geländepunk·. 3 in einer Einrichtung 5 vorgesehenen Baugruppen Signale von nicht näher dargestellten Navigationssatelliten empfangen und verarbeiten, daß aus den vom Tachymeter 1 empfangenen Satellitensignalen der Standort des Tachymeters 1 und dem von der Einrichtung 5 empfangenen und zum Tachymeter 1 gesendeten Satellitensignalen sowie der Laufzeit der Signale von der Einrichtung 5 zu dem Tachymeter 1 die Koordinaten des Geländepunktes 3 bestimmt werden, daß im Tachymeter 1 aus den direkt und von der Einrichtung 5 empfangenen Satellitensignalen in bekannter Weise das Azimut des Geländepunktes 3 ermittelt wird, daß das Azimut von Tachymeter 1 automatisch zur Teilkreisrichtung des Tachymeters 1 addiert wird, damit eine nicht näher dargestellte und an sich bekannte Anzeipe des Tachymeters 1 nach Aufruf sofort die Teilkreisorientierung zur Nordrichtung anzeigt und daß weitere Geläi depunkte mittels eines Reflektors 7 auf diese Nordrichtung beziehbar sind. Vorteilhaft ist es, wenn das Tachymeter 1 vorzugsweise den Code sowie die Trägerfrequenz eines nicht näher im Tachymeter 1 dargestellten Sateilitenempfängers zur Entfernungsmessung zu dem Geländepunkt 3 benutzt. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Azimutbestimmung, mit einem Tachymeter zur Anzielung eines Geländepunktes, einer über dem Geländepunkt angeordneten, um eine Steh- und Kippachse drehbaren Einrichtung mit einem Reflektor, einem selbständigen Reflektor und einem Navigationssatellitensystem ist dadurch gekennzeichnet, daß für das Tachymeter 1 und die über einem Geländepunkt 3 angeordnete Einrichtung 5 nicht näher dargestellte Satellitennavigationsempfänger und zur Stehachse zentrisch angeordneten Antennen 2 und S vorgesehen sind und daß das Fernrohr des Tachymeters 2 neben dem Empfang des Streckenmeßsignals zum Empfang der von der Einrichtung 5 empfangenen und verarbeiteten Satellitensignale vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es, daß die Einrichtung 5 einen optischen Hilfssender 9, vorzugsweise einen Halbleiterlaser, umfaßt, wobei an dem Hilfssender 9 vorzugsweise ein nicht näher dargestelltes, an sich bekanntes Zielfernrohr 8 oder ein Richtglas vorgesehen sind zur Ausrichtung der Einrichtung S auf das Tachymeter 1. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß für kurze Strecken der Hilfssender 9 hinter der hinteren Planiläche 11 eines Reflektors 10 und auf der vorderen Plajifläche des Reflektors 10 ein Sendeobjektiv 12 zentrisch angeordnet si id. Durch die Erfindung ist es möglich, mit einem Tachymeter über einen internen Mikroprozessor in einem Arbeitsgang neben der normalen Tachymetrie auch Azimutbestimmungen für einen beliebigen Geländepunkt vorzunehmen, ohne daß dazu Fes'.punktnetze vprhanden sein müssen.

~3- 301 122 Ausführungtbelsplel Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Anordnung zur Azimutbestimmung

Fig. 2: eine erfindungsgemäße Anordnung einer Reflektorbaugruppe, insbesondere für kurze Strecken.

Fig. 1 zeigt ein elektrooptisch^ Tachymeter 1 mit seiner Stehachse StA, Kippachse KA und Zielachse ZA, das in bekannter Weise durch ein nicht dargestelltes optisches Lot über einem Standpunkt zentriert wird. In das Tachymeter 1 ist ein nicht näher dargestellter Satellitennavigationsompfänger eingebaut, dessen Antenne 2 zentrisch über dom Schnittpunkt der drei Achsen StA, KA und ZA montiert ist. Mit dem Tachymeter I wird eir: Geländepunkt 3 angezielt, dessen Azimut bestimmt werden soll und über dem mittels eines optischen Lotes eine Einrichtung 5 zentrier! ist. Für die Ausmessung weiterer Geländepunkte 4 ist ein Reflektor 7 vorgesehen. Die Einrichtung δ umfaßt eine Baugruppe, die um eine Stehachse StA und eine Kippachse KAdrehbar ist und deren parallele Zielachsen ZA auf das Tachymeter 1 ausrichtbar sind. Diese Baugruppe besteht aus einem Reflektor 10, einem Zielfernrohr 2 und einem optischen Hllfssender 9. Weiterhin enthält die Einrichtung 5 eine zentrisch über dem Schnittpunkt der drei Achsen StA, KA, ZA montierte Antenne 6 zum Empfang der Signale eines nicht näher dargestellten Navigationssatellitensystems.

Zur Azimutbestimmung werden das Tachymeter 1 sowie iie Einrichtung 5 über den jeweiligen Bodenpunkten zentrisch aufgestellt und von zwei Beobachtern mittels des Fernronres des Tachymeter 1 und des Zuliefernrohres 8 der Enrichtung 5 gegenseitig angezielt und in bekannter Weise Horizontal- und Vertikalwinkel sowie die Entfernung zum Reflektor 10 bestimmt. Weiterhin empfängt der im Tachymeter 1 angeordnete S,atellitennavigationsempfänger über die Antenne 2 Signale vom Navigationssatellitensystem zur Standortbestimmung des Tachymeters 1. Die Einrichtung 5 empfängt ebenfalls über ihre Antenne β Signale des Navigationssatellitensystems. Diese Signale weiden verstärkt und dem optischen Hilfssender 9, vorzugsweise ein Halbleiterlaser, und von diesem einem Sendeobjekt 12, in dössen Brennpunkt der Halbleiterlaser angeordnet ist, zugeführt. Da mit Frequenzen von 1 GHz, direkt modulierte Halbleiterlaser 9 bekannt sind, ist es möglich, direkt die Satellitensendefrequenzen zu senden, wöbe! durch die optische Übertragung eine Störung des Empfanges im Tachymeter 1 an der Antenne 2 verhindert wird. Da aber eine trägerfrequente Verstärkung des Satellitensignals bis zum Hilfssender 9 schwierig ist, kann das Signal der Antenne 6 in bekannter Weise in eine niedrige, zur Verstärkung besser geeignete Frequenz umgesetzt und anschließend verstärkt werden. Das Signal wird dann nach der Verstärkung mit demselben Oszillator wieder auf die ursprüngliche Frequenz gemischt. Der Hilfssender 9 sendet die verstärkten Satellitensignalo vom Geländepunkt 3 zum Tachymeter 1, wo sie mit dem für die Streckenmessung im Fernrohr vorhandenen optischen, nicht näher dargestellten, bekannten Empfänger empfangen werden. Diese Signale werden in gleicher Weise wie die Signale der Antenne 2 dem eingebauten Satellitennavigationsempfänger zugeführt, der neben der Standortbestimmung des Tachymeters 1 nus den über die Antenne 2 empfangenen Satellitensignalen mittels der von der Antenne 6 der Einrichtung 5 empfangenen uno vom Hilfssender 9 zum Tachymeter 1 gesendeten Signalen sowie der Laufzeit der Signale vom Hilfssender 9 zum Tachymeter 1 (die aus der Streckenmessung vom Tachymeter 1 zum Reflektor 10 bekannt ist) die Koordinaten des Geländepunktes 3 bestimmt. Die anschließende Bestimmung des Vektors zwischen beiden Standorten und des Azimuts erfolgt mit den aus der Sateliitennavigationstechnik bekannten Verfahren (Translokation, Double-differencing). Das aus den Satellitensignalen bestimmte Azimut wird dann automatisch vom Tachymet ;r 1 zur vorher ermittelten und gespeicherten Teilkreisrichtung des Tachymeters 1 addiert, damit eine nicht näher dargestellte, an sich bekannte Anzeige des Tachymeters 1 nach Aufruf sofort die Teilkreisorientierung zur Nordrichtung anzeigt, wobei weitere Geländepunkte mittels des Reflektors 7 auf diese Nordrichtung bezogen werden.

Es ist auch weiterhin möglich, die für die Satellitennavigation eingesetzten Signale, deren Erzeugung im Tachymeter 1 ohnehin erforderlich ist, auch für die Entfernungsmessung zu verwenden. Durch die exzentrische Lage des Hilfssenders 9 zum Reflektor 10 ist bei kürzeren Strecken ein Empfang der Signale des Hilfssenders 9 durch das Tachymeter 1 nicht gewährleistet. Fig. 2 zeigt die Anordnung des optischen Hilfssenders 9, insbesondere für kurze Strecken, wobei der zentrale Teil der Rückseite des Reflektors 10 plan gearbeitet ist. Der optische Hilfssender 9, ebenfalls vorzugsweise ein Halbleiterlaser, ist hinter der Planfläche 11 des Reflektors 10 zentrisch angeordnet und auf der vorderen Planfläche zentrisch ein Sendeobjektiv 12. Es ist aber zu beachten, daß bei kürzeren Zielweiten zur Einrichtung δ die Genauigkeit der Azimutbestimmung abnimmt.

Claims

1. Verfahren zur Azimutbestimmung, mit einem TachymeterzurÄnzielung eines Gelenkpunktes, dessen Azimut bestimmt werden soll, einer über de.η Geländepunkt um eine Steh- und Kippachse drehbaren Einrichtung mit einem Reflektor, deren Zielachsen auf das Tachymeter ausgerichtet sind, zur gegenseitigen Anzielung, einem Reflektor zur Anzielung weiterer Geländepunkte und einem Navigationssatellitensystem, gekennzeichnet dadurch,

- daß die in einem Tachymeter 1 und über einem Geländepunkt 3 in einer Einrichtung 5 vorgesehenen Baugruppen Signale von einem nicht näher dargestellten Navigationssatellitensystem empfangen und verarbeiten,

- daß aus den vom Tachymeter 1 empfangenen Satellitensignalen derStandort des Tachymeters und den von der Einrichtung 5 empfangenen und zum Tachymeter 1 gesendeten Satellitensignalen sowie der Laufzeit der Signale von der Einrichtung 5 zum Tachymeter 1 die Koordinaten des Geländepunktes 3 bestimmt werden,

- daß im Tachymeter 1 aus den direkt empfangenen Satellitensignalen und von der Einrichtung empfangenen und zum Tachymeter 1 gesendeten Satellitensignalen in der aus der Satellitennavigationstechnik bekannter Weise das Azimut des Geländepunktes 3 ermittelt wird,

- daß das ermittelte Azimut vom Tachymeter 1 automatisch zur Teilkreisrichtung des Tachymeters 1 addiert wird, damit eine nicht näher dargestellte, an sich bekannte Anzeige des Tachymeters 1 nach Aufruf sofort die Teilkreisorientierung zur Nordrichtung zeigt

- und daß damit weitere Geländepunkte mittels eines Reflektors 7 auf diese Nordrichtung beziehbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Tachymeter 1 vorzugsweise den Code sowie die Trägerfrequenz eines nicht näher im Tachymeter 1 dargestellten Satellitenempfängers zur Entfernungsmessung zum Geländepunkt 3 benutzt.

3. Anordnung zur Azimutbestimmung, mit einem Tachymeter zur Anzielung eines Geländepunktes, einer über dem Geländepunkt angeordneten, um eine Steh- und Kippachse drehbaren Einrichtung mit einem Reflektor, einem Reflektor zur Anzielung weiterer Geländepunkte und einem Navigationssatellitenbystem, gekennzeichnet dadurch,

- daß für das Tachymeter 1 und die über einem Geländepunkt 3 angeordnete Einrichtung 5 nicht näher dargestellte Satellitenempfänger und eine zur Stehachse zentrisch angeordnete Antenne und 6 vorgesehen sind

- und daß das Fernrohr des Tachymeters 1 neben dem Empfang des Streckenmeßsignals zum Empfang der von der Einrichtung 5 empfangenen, verarbeiteten und zum Tachymeter 1 gesendeten Satellitensignale vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung 5 einen optischen Hilfssender 9, vorzugsweise einen Halbleiterlaser umfaßt.

5. Anordnung nach Anpruch 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß an dem Hilfssender 9 vorzugsweise ein ninht näher dargestelltos, ansich bekanntes Zielfernrohr 8 oder oin Richtglas vorgesehen sind, zur Ausrichtung der Einrichtung 5 auf das Tachymeter 1.

6. Anordnung nach Anspruch 3,4 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß für kurze Strecken der Hilfssender 9 hinter der hintoren Planfläche ' I eines Reflektors 10 zentrisch angeordnet ist und auf der vorderen Planfläche ein Sendeobjektiv 12.