CH681568A5 - - Google Patents
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Description
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Beschreibung description
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. The invention relates to a method for azimuth determination according to the preamble of claim 1 and an arrangement for carrying out the method for surveying purposes, in particular for tachymetry in connection with satellite navigation, in order to independently of local coordinate systems or in unknown terrain, regional recording networks not only in terms of position but also in terms of direction to orientate on the earth's surface according to geographical north.
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. It is known to measure the position of points using the satellite navigation method. It is disadvantageous, especially for the connection to conventionally measured networks, that no azimuths are determined at the points determined with satellite navigation. According to Ing, R. W .; Masters, E. G .; Rizos, C .; Stolz, A .; Collins, J .; "Surveying with Global Positioning System - GPS -" Ferd. Dummler Verlag, Bonn 1987, p. 32 is known to carry out astronomical azimuth determinations from these points. Since longer observation times and a clear view are required for astronomical azimuth determinations, this method cannot be used everywhere and / or immediately. The advantage of the visibility and weather independence of satellite navigation is lost. From King, R. W. et al. it is also known to set up satellite receivers on two points and to use the second point as an azimuth mark for further measurements.
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. This method is based on the differential measurement, in which distances measured in the reference system of the satellite system can be represented as three-dimensional vectors. It is disadvantageous that two complete satellite navigation receivers are required in each case, that the azimuth value only arises when the difference is formed after the measurement and must be entered in a tachymeter to be set up later on this point. For this purpose, the tachymeter, the second point used for satellite measurement and the measured angle must also be set equal to the azimuth value. For the precision navigation of aircraft, a method is known in which a retranslator is arranged on the ground point to be approached, which converts the satellite signal mixture into another frequency and sends it to the aircraft. The aircraft is equipped with a satellite navigation receiver and a second antenna system for the signals of the retranslator, the second antenna system being followed by a mixing depth that converts the signal into the original frequency (Cardall, J D .; Cnossen, Richard S .; Application of Differential GPS; Magnavox, MX-TM-3341-81). The method has the disadvantage that the frequency must be converted twice using two different local oscillators in order to be able to separate the signals from the satellite and retranslator.
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. The aim of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art in the azimuth determination by means of a coupling between the tachymetry and the satellite navigation receiver, in order to reduce the technical outlay and shorten the measuring time for a device user.
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. The invention is based on the object of designing a method and an arrangement for tachymetry by means of satellite navigation receivers such that a tachymeter can simultaneously determine the azimuth by means of satellite navigation in one work step with the aiming of any terrain point, in order to orientate recording points directly on the earth's surface to be able to run geographically north without the need for test point networks.
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 According to the invention, this object is achieved with the method for determining the azimuth, with a tachymeter for aiming at a terrain point whose azimuth is to be determined, and a device which can be rotated above the terrain point about a standing and tilting axis and has a reflector whose target axes are aligned with the tachymeter Aiming, a reflector for aiming at additional terrain points and a navigation satellite system are achieved in that modules provided in the tachymeter and above the terrain point in the device receive and process signals from a navigation satellite, that the location of the tachymeter and from the satellite signals received by the tachymeter the device received and sent to the tachymeter and from the transit time of the signals from the device to the tachymeter, the coordinates of the terrain point are determined that in the tachymeter from the directly received satellite signals and au s Satellite signals received by the device and sent to the tachymeter determine the azimuth of the terrain point, that the azimuth is automatically added by the tachymeter to the partial circle direction of the tachymeter, so that a display of the tachymeter shows the partial circle orientation to the north direction after being called up, and that additional terrain points can be determined using a reflector are related to this north direction. It is advantageous if the tachymeter uses the code and the carrier frequency of a satellite signal receiver to measure the distance to the terrain point. According to the invention, the object is achieved with the arrangement for carrying out the method by providing satellite signal receivers for the tachymeter and for the device arranged above the terrain point, and an antenna arranged centrally to the standing axis, and by the telescope of the tachymeter in addition to receiving the distance measurement signal for receiving the satellite signals received, processed and sent to the tachymeter. It is advantageous that the device comprises an optical auxiliary transmitter, preferably a semi-conductor laser, wherein a telescopic sight or a sighting glass is preferably provided on the auxiliary transmitter for aligning the device with the tachymeter. It is also advantageous that for short distances the auxiliary transmitter behind the rear flat surface of a reflector and
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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. a transmitting lens is arranged centrally on the front plane surface of the reflector. The invention makes it possible to use a tachymeter via an internal microprocessor in one operation in addition to normal tachymetry to carry out azimuth determinations for any terrain point without the need for fixed point networks.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained below with reference to the schematic drawings. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Anordnung zur Azimutbestimmung Fig. 1 shows an arrangement for determining azimuth according to the invention
Fig. 2 eine erfindungsgemässe Anordnung einer Reflektorbaugruppe, insbesondere für kurze Strecken. Fig. 2 shows an arrangement according to the invention of a reflector assembly, especially for short distances.
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. Fig. 1 shows an electro-optical tachymeter 1 with its standing axis StA, tilting axis KA and target axis ZA, which is centered in a known manner by an optical plunger (not shown) above a point of view. In the tachymeter 1, a satellite navigation receiver, not shown, is installed, the antenna 2 of which is mounted centrally above the intersection of the three axes StA, KA and ZA. A tachymeter 1 is used to aim at a terrain point 3 whose azimuth is to be determined and over which a device 5 is centered by means of an optical plummet. A reflector 7 is provided for measuring further terrain points 4. The device 5 comprises an assembly which can be rotated about a standing axis StA and a tilting axis KA and whose parallel target axes ZA can be aligned with the tachymeter 1. This assembly consists of a reflector 10, a telescopic sight 2 and an optical auxiliary transmitter 9. Furthermore, the device 5 contains an antenna 6, which is mounted centrally above the intersection of the three axes StA, KA, ZA, for receiving the signals, of a navigation satellite system (not shown).
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. For azimuth determination, the tachymeter 1 and the device 5 are set up centrally above the respective ground points and are mutually aimed by two observers by means of the telescope of the tachymeter 1 and the telescopic sight 8 of the device 5, and horizontal and vertical angles and the distance to the reflector 10 are determined in a known manner . Furthermore, the satellite navigation receiver arranged in the tachymeter 1 receives signals from the navigation satellite system for determining the location of the tachymeter 1 via the antenna 2. The device 5 likewise receives signals from the navigation satellite system via its antenna 6. These signals are amplified and fed to the auxiliary optical transmitter 9, preferably a semiconductor laser, and from this to a transmission lens 12 in the focal point of which the semiconductor laser is arranged. Since directly modulated semiconductor lasers 9 are known with frequencies of 1 GHz, it is possible to directly transmit the satellite transmission frequencies, whereby interference with the reception in the tachymeter 1 at the antenna 2 is prevented by the optical transmission. However, since carrier-frequency amplification of the satellite signal up to the auxiliary transmitter 9 is difficult, the signal of the antenna 6 can be converted in a known manner into a low frequency, which is more suitable for amplification, and then amplified. After amplification, the signal is then mixed back to the original frequency with the same oscillator. The auxiliary transmitter 9 sends the amplified satellite signals from the terrain point 3 to the tachymeter 1, where they are received with the known receiver, not shown, for the distance measurement in the telescope. These signals are fed in the same way as the signals from the antenna 2 to the built-in satellite navigation receiver, which in addition to determining the location of the tachymeter 1 from the satellite signals received via the antenna 2 is received by means of the antenna 6 of the device 5 and sent from the auxiliary transmitter 9 to the tachymeter 1 Signals and the transit time of the signals from the auxiliary transmitter 9 to the tachymeter 1 (which is known from the distance measurement from the tachymeter 1 to the reflector 10), the coordinates of the terrain point 3 determined. The subsequent determination of the vector between the two locations and the azimuth is carried out using the methods known from satellite navigation technology (translocation, double differencing). The azimuth determined from the satellite signals is then automatically added by the tachymeter 1 to the previously determined and stored partial circle direction of the tachymeter 1, so that a display of the tachymeter 1, which is not shown in detail and is known per se, immediately shows the partial circle orientation to the north direction after being called up, with further terrain points using the Reflector 7 are related to this north direction. It is also possible to use the signals used for satellite navigation, the generation of which in the tachymeter 1 is required anyway, for the distance measurement. Due to the eccentric position of the auxiliary transmitter 9 relative to the reflector 10, reception of the signals of the auxiliary transmitter 9 by the tachymeter 1 is not ensured over shorter distances. Fig. 2 shows the arrangement of the optical auxiliary transmitter 9, in particular for short distances, the central part of the back of the reflector 10 is worked flat. The optical auxiliary transmitter 9, likewise preferably a semiconductor laser, is arranged centrally behind the flat surface 11 of the reflector 10, and a transmitting lens 12 centrally on the front flat surface. However, it should be noted that the accuracy of the azimuth determination decreases with shorter target distances to the device 5.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
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Family
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Family Applications (1)
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Legal Events
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| PL | Patent ceased |