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Lexikon der Geowissenschaften: elektronische Distanzmessung

elektronische Distanzmessung, elektrooptische Distanzmessung, bestimmt die direkte Distanz mit Hilfe einer elektronischen Meßeinrichtung. Diese besteht aus Sender und Empfänger. Der Sender sendet eine sich mit definierbarer Geschwindigkeit ausbreitende modulierte Welle, die am Zielpunkt empfangen und/oder mit optischen oder elektronischen Einrichtungen zum Instrument zurückgesandt und vom Empfänger aufgenommen und registriert wird. Sende- und Empfangsstation können identisch, mit Möglichkeit zum Funktionswechsel, sein. Man unterscheidet Mikrowellendistanzmesser (MD) und elektrooptische Distanzmesser (ED). Bei der Mikrowellendistanzmessung werden als Trägerwellen 8-100 mm lange Mikrowellen verwendet. Wie der Ausgangspunkt der Strecke (Hauptstation) ist auch der Zielpunkt (Nebenstation) mit einem Gerät besetzt; dieses empfängt die Signale der Hauptstation, verarbeitet sie und sendet sie zurück. Der wesentliche Vorteil der MD besteht darin, daß ihre Reichweite von der Witterung weitgehend unabhängig ist. Das Meßverfahren der elektrooptischen Distanzmesser beruht auf dem Vergleich von modulierten (Licht-)Wellen, einer Strahlung im Bereich von 400-1000 nm. Der Sender besteht aus einer Strahlungsquelle und einem Oszillator, der die Strahlungsquelle direkt steuert oder mit Hilfe eines Modulators beeinflußt. Zum Zurücklenken der Strahlung am Zielpunkt werden Reflektoren verwendet. Die Distanz kann entweder aus der Laufzeit (Impulsverfahren) oder aus dem Unterschied zwischen der Phasenlage beim Verlassen des Senders und der Phasenlage beim Empfang (Phasenvergleichsverfahren) der über die Distanz geschickten und reflektierten Strahlung abgeleitet werden. Die vom Instrument intern gemessene Distanz D* ergibt sich nach dem Impulsverfahren zu



wobei Δt die Impulslaufzeit, c die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Atmosphäre und n der Brechungsindex der Atmosphäre ist. Die vorläufige Distanz D* ergibt sich beim Phasenvergleichsverfahren zu



wobei λM die Modulationswellenlänge, a deren Anzahl und Δφ die Phasendifferenz ist. Die Distanz D* muß aufgrund der atmosphärischen und instrumentell bedingten Unsicherheiten korrigiert werden. Die Wellenlänge ist abhängig vom Brechungsindex der Atmosphäre und der Frequenz. Der Brechungsindex wird durch Messungen von Lufttemperatur und -druck sowie des Partialdrucks des Wasserdampfes bestimmt. Die Änderung der Frequenz bedeutet die Veränderung der Wellenlänge und umgekehrt. Als praktische Korrekturformel kann bei terrestrischen Messungen D = k0+k·D* verwendet werden. Die Additionskonstantek0 berücksichtigt eine systematische Unsicherheit des Nullpunktes der Sende-, Empfangs- und Reflexionsebene. Die Multiplikationskonstante kann mit k = 1 bei einem durchschnittlichen Brechungsindex bei normaler Temperatur und normalem Luftdruck sowie einer durchschnittlichen Modulationsfrequenz angenommen werden. Die elektrooptischen Distanzmesser, die in der terrestrischen Geodäsie verwendet werden, haben eine durchschnittliche Reichweite von 1-3 km mit einer Genauigkeit von 5-10 mm. [KHK]

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