CH681568A5 - - Google Patents

Description

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CH 681 568 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Azimutbestimmung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens 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.

Es ist bekannt, die Position von Punkten mittels der Satellitennavigationsmethode zu messen. Nachteilig ist 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.; Collins, J.; «Sur-veying with Global Positioning System - GPS -» Ferd. 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 Wetterunabhängigkeit der Satellitennavigation geht dabei verloren. Aus King, R. W. u.a. ist weiterhin bekannt, auf zwei Punkten Satellitenempfänger 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 Retransla-tor 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 Retranslators 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 ist die Beseitigung der Nachteile des Standes der Technik bei der Azimutbestimmung durch eine Kopplung zwischen Tachymetrie und Satellitennavigationsempfänger, um bei einem Geräteanwender eine Verringerung des technischen Aufwandes sowie eine Verkürzung der Messzeit zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren 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 dass Testpunktnetze vorhanden sein müssen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit dem Verfahren zur Azimutbestimmung, mit einem Tachymeter zur Anzielung eines Geländepunktes, 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 in dem Tachymeter und über dem Geländepunkt in der Einrichtung vorgesehene Baugruppen Signale von einem Navigationssatelliten empfangen und verarbeiten, dass aus den vom Tachymeter empfangenen Satellitensignalen der Standort des Tachymeters und aus den von der Einrichtung empfangenen und zum Tachymeter gesendeten Satellitensignalen sowie aus der Laufzeit der Signale von der Einrichtung zum Tachymeter die Koordinaten des Geländepunktes bestimmt werden, dass im Tachymeter aus den direkt empfangenen Satellitensignalen und aus von der Einrichtung empfangenen und zum Tachymeter gesendeten Satellitensignalen das Azimut des Geländepunktes ermittelt wird, dass das Azimut vom Tachymeter automatisch zur Teilkreisrichtung des Tachymeters addiert wird, damit eine Anzeige des Tachymeters nach Aufruf die Teilkreisorientierung zur Nordrichtung anzeigt und dass damit weitere Geländepunkte mittels eines Reflektors auf diese Nordrichtung beziehbar sind. Vorteilhaft ist es, wenn das Tachymeter den Code sowie die Trägerfrequenz eines Satellitensignalempfängers zur Entfernungsmessung zum Geländepunkt benutzt. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe mit der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens dadurch gelöst, dass für das Tachymeter und für die über dem Geländepunkt angeordnete Einrichtung Satelli-tensignalempfänger und je eine zur Stehachse zentrisch angeordnete Antenne vorgesehen sind und dass das Fernrohr des Tachymeters neben dem Empfang des Streckenmesssignals zum Empfang der von der Einrichtung empfangenen, verarbeiteten und zum Tachymeter gesendeten Satellitensignale vorgesehen ist. Vorteilhaft ist es, dass die Einrichtung einen optischen Hilfssender vorzugsweise einen Halbieiterlaser umfasst, wobei an dem Hilfssender vorzugsweise ein Zielfernrohr oder ein Richtglas vorgesehen ist zur Ausrichtung der Einrichtung auf das Tachymeter. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass für kurze Strecken der Hilfssender hinter der hinteren Planfläche eines Reflektors und

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auf der vorderen Planfläche des Reflektors ein Sendeobjektiv zentrisch angeordnet sind. 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 Festpunktnetze vorhanden sein müssen.

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 elektrooptisches 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 Satellitennavigationsempfänger eingebaut, dessen Antenne 2 zentrisch über dem Schnittpunkt der drei Achsen StA, KA und ZA montiert ist. Mit dem Tachymeter 1 wird ein Geländepunkt 3 angezielt, dessen Azimut bestimmt werden soll und über dem mittels eines optischen Lotes eine Einrichtung 5 zentriert ist. Für die Ausmessung weiterer Geländepunkte 4 ist ein Reflektor 7 vorgesehen. Die Einrichtung 5 umfasst eine Baugruppe, die um eine Stehachse StA und eine Kippachse KA drehbar 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 Hilfssender 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 die Einrichtung 5 über den jeweiligen Bodenpunkten zentrisch aufgestellt und von zwei Beobachtern mittels des Fernrohres des Tachymeters 1 und des Zielfernrohres 8 der Einrichtung 5 gegenseitig angezielt und in bekannter Weise Horizontal-und Vertikalwinkel sowie die Entfernung zum Reflektor 10 bestimmt. Weiterhin empfängt der im Tachymeter 1 angeordnete Satellitennavigationsempfänger über die Antenne 2 Signale vom Navigationssatellitensystem zur Standortbestimmung des Tachymeters 1. Die Einrichtung 5 empfängt ebenfalls über ihre Antenne 6 Signale des Navigationssatellitensystems. Diese Signale werden verstärkt und dem optischen Hilfssender 9, vorzugsweise ein Halbleiterlaser und von diesem einem Sendeobjektiv 12 in dessen Brennpunkt der Halbieiterlaser angeordnet ist, zugeführt. Da mit Frequenzen von 1 GHz, direkt modulierte Halbleiterlaser 9 bekannt sind, ist es möglich, direkt die Satellitensendefre-quenzen zu senden, wobei 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 Satellitensignale 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 aus den über die Antenne 2 empfangenen Satellitensignalen mittels der von der Antenne 6 der Einrichtung 5 empfangen und 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 Satellitennavigationstechnik bekannten Verfahren (Translokation, Double-differencing). Das aus den Satellitensignalen bestimmte Azimut wird dann automatisch vom Tachymeter 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 5 die Genauigkeit der Azimutbestimmung abnimmt.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Azimutbestimmung, mit einem Tachymeter zur Anzielung eines Geländepunktes, 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, gekennzeichnet dadurch,

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- dass in dem Tachymeter (1) und über dem Geländepunkt (3) in der Einrichtung (5) vorgesehene Baugruppen Signale von einem Navigationssatellitensystem empfangen und verarbeiten,

- dass aus den vom Tachymeter (1) empfangenen Satellitensignalen der Standort des Tachymeters (1) und aus den von der Einrichtung (5) empfangenen und zum Tachymeter (1) gesendeten Satellitensignalen sowie aus 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 aus von der Einrichtung empfangenen und zum Tachymeter (1) gesendeten Satellitensignalen das Azimut des Geländepunktes (3) ermittelt wird,

- dass das ermittelte Azimut vom Tachymeter (1) automatisch zur Teilkreisrichtung des Tachymeters (1) addiert wird, damit eine Anzeige des Tachymeters

(I) nach Aufruf die Teilkreisorientierung zur Nordrichtung anzeigt

- 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) den Code sowie die Trägerfrequenz eines Satellitensignalempfän-gers zur Entfernungsmessung zum Geländepunkt (3) benutzt.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch,

- dass für das Tachymeter (1) und für die über dem Geiändepunkt (3) angeordnete Einrichtung (5) Satel-litensignalempfänger und je eine zur Stehachse zentrisch angeordnete Antenne (2,6) vorgesehen sind

- und dass das Fernrohr des Tachymeters (1) neben dem Empfang des Streckenmessignals 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 den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, dass an dem Hilfssender (9) vorzugsweise ein Zielfernrohr (8) oder ein Richtglas vorgesehen ist, zur Ausrichtung der Einrichtung (5) auf das Tachymeter (1).

6. Anordnung nach den Ansprüchen 3, 4 und 5, gekennzeichnet dadurch, dass für kurze Strecken der Hilfssender (9) hinter der hinteren Planfläche

(II) eines Reflektors (10) zentrisch angeordnet ist und auf der vorderen Planfläche ein Sendeobjektiv (12).

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