武汉大学 传感器课件3电磁波测距1
大学物理电磁感应电磁场和电磁波PPT课件
③ 连接MN成一回路 常数ddt 0
NM MN NM MN2RvB
例4 已知如图 求 的大小和方向
解：
fg
① 用动生电动势公式
I
v
l2
设回路方向： e—f—g—h—e
x e l1 h
effggh he
fghe0
ef hg (v B )d l(v B )d l
作匀速转动. 求线
圈中的感应电动势.
N
enO
'
B
iR
O
已知 S, N,, 求 .
解 设 t 0 时,
en与
B同向
,
则
t
N
N NB co S ts
enO
'
B
dNBSsint
dt
ω
令 mNBS
则 msint
O
iR
msint
金属块
发接 生高 器频
抽真空 金 属 电 极
阻
尼 摆N
S
涡电流加热金属电极
＊12-3 自感和互感
自感现象
L
R
通过线圈的电流变化
时，线圈自身会产生感应 现象.
一 自感电动势 自感 穿过闭合电流回路的磁通量
ΦLI
（1）自感 LΦI
若线圈有 N 匝，
IB
磁通匝数 N Φ自感 L I
一 电磁感应现象 磁铁相对线圈运动
通电线圈相对线圈 运动
磁场中运动的导体所产生的感应现象
二 电磁感应定律
电流通断时所产生的
当穿过闭合回路所围 感应现象
面积的磁通量发生变化时，
回路中会产生感应电动势，
武汉大学传感器技术课件压电传感器
(c)
式中 d12——石英晶体在Y轴方向受力时的压电系数。 根据石英晶体轴对称条件：d11=－d12，则上式为
q XY
= −d12
l t
FY
X FY + + + +
－－ － － (d)
式中 t——晶片厚度。 则其极间电压为 ：
UX
=
q XY CX
=
−d11
l t
FY CX
一、石英晶体压电效应
根据逆压电效应，晶片在Y轴方向将产生伸缩变形，即：
代表2O2-。
Y
Y
+ -
X
X
+ -
-
+
(a)
(b)
硅氧离子的排列示意图
(a) 硅氧离子在Z平面上的投影 （b）等效为正六边形排列的投影
一、石英晶体压电效应
当作用力FX=0时，正、负离子（即Si4+和2O2-）正好分布在正六边形顶角上，形 成三个互成120º夹角的偶极矩P1、P2、P3，此时正负电荷中心重合，电偶极矩的矢量 和等于零，即:
∆l
=
−d11
l t
U
X
或用应变表示：
∆l l
=
−d11E X
由上述可知： ①无论是正或逆压电效应，其作用力（或应变）与电荷（或电场强度）之间
呈线性关系； ②晶体在哪个方向上有正压电效应，则在此方向上一定存在逆压电效应； ③石英晶体不是在任何方向都存在压电效应的。
传感器技术
主讲人： 吴琼水
武汉大学电子信息学院
X FX
+ + ++
－ － －－ (a)
X FX
－ － －－ + + ++
3电磁波测距3解析
武汉大学测绘学院测量工程研究所 叶晓明
微波伪码测距
微波伪码测距即以伪随机码对微波进行调制，通过 接收机测量伪随机码的时间延迟进而获得距离的测 量方法。 典型应用就是GPS。
GPS 系统的组成
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
用户部分：
接收并测卫星信号 记录处理数据
GPS卫星信号构成
测距码
GPS卫星信号 P码（Y码） C/A码 伪随机码
数据码(D码） 载波 L1载波 L2载波
L波段
基准频率：F=10.23MHZ，fundamental frequency Ｄ码： f = 50 HZ（低频信号） C/A码： tu =1/f1=0.97752μs ，相当于293.1m P码（Y码）： tu =1/f1=0.097752μs ，相当于29.3m L1载波： f1=154F=1575.42MHZ，λ1=19.03cm L2载波：f2=120F=1227.60MHZ，λ2=24.42cm
通用接收机（定位型）：
天线 前置放大器
信号 供电
射电部分
命令
数据
供电，控制
数据
数据存器
电源部分
导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备
GPS 信号
GPS卫星信号采用伪随机码扩频技术
将卫星导航电文（基带信号，D码）经伪随机码扩频技术成为组合码， 再对L频段的载波进行正交调制（ BPSK调制）。 作用：提高系统导航定位精度，使系统具有很高的抗电子干扰能力和 极强的保密能力。
伪距：pseudo range，接收机到GPS卫星之间的距 离。
电磁波测距
分类
电磁波测距仪根据载波为光波或微波而有光电测距仪和微波测距仪之分。前者又因光源和电子部件的改进， 发展成为激光测距仪和红外测距仪。
在发展激光测距仪的同时，60年代中期出现了以砷化镓管作为光源的红外测距仪。它的优点是体型小，发光 效率高；更由于微型计算机和大规模集成电路的应用，再与电子经纬仪结合，于是形成了具备测距、测角、记录、 计算等多功能的测量系统，有人称之为电子全站仪或电子速测仪。这种仪器的型号很多，测程一般可达5公里,有 的更长,测距精度为±(5毫米+3×10D)，广泛用于城市测量、工程测量和地形测量。
测量仪器
光电测距仪
微波测距仪
早期的光电测距仪采用电子管线路,以白炽灯或高压水银灯作为光源，体型大，测程较短，而且只能在夜间观 测。60年代末出现了以氦氖激光器作光源、采用晶体管线路的激光测距仪，主机重量约20公斤，测程可达60公里, 而且日夜都可以观测,测距精度约为±(5毫米+1×10D)。70年代出现了通过双载波测距、自动改正大气折射影响 的激光测距仪，测距精度又有了进一步的提高。1979年更出现了三波长测距仪，使测距精度达到了千万分之一。
微波测距仪、激光测距仪、红外测距仪和多载波测距仪均属于相位式测距仪。激光人造卫星测距仪和激光地 形测距仪则属于脉冲式测距仪。在水利工程测量中，测距为2公里或5公里的中短程红外测距仪已得到广泛有效的 应用。短程精密激光测距仪在大坝变形观测亦已发挥重要作用。微波测距自动定位系统已在大面积水下地形测量 中成功运用。
电磁波测距基本原理
§4.1 电磁波测距基本原理4.1.1 概述建立高精度的水平控制网，需要测定控制网的边长。
过去精密距离测量，都是用因瓦基线尺直接丈量待测边的长度，虽然可以达到很高的精度，但丈量工作受地形条件的限制，速度慢，效率低。
从六十年代起，由于电磁波测距仪不断更新、完善和愈益精密，它以速度快，效率高取代了因瓦基线尺，广泛用于水平控制网和工程测量的精密距离测量中。
随着近代光学、电子学的发展和各种新颖光源（激光、红外光等）相继出现，电磁波测距技术得到迅速的发展，出现了以激光、红外光和其他光源为载波的光电测距仪和以微波为载波的微波测距仪。
因为光波和微波均属于电磁波的范畴，故它们又统称为电磁波测距仪。
由于光电测距仪不断地向自动化、数字化和小型轻便化方向发展，大大地减轻了测量工作者的劳动强度，加快了工作速度，所以在工程控制网和各种工程测量中，多使用各种类型的光电测距仪。
光电测距仪按仪器测程大体分三大类：（1）短程光电测距仪：测程在3km以内，测距精度一般在lcm左右。
这种仪器可用来测量三等以下的三角锁网的起始边，以及相应等级的精密导线和三边网的边长，适用于工程测量和矿山测量。
这类测程的仪器很多，如瑞士的ME3000，精度可达±（0.2mm+0.5 ×10-6D）；DM 502、 DI3S、DI4，瑞典的AGA-112、AGA-116，美国的HP3820A，英国的CD6，日本的RED2，SDM3E，原西德的ELTA 2，ELDI2等，精度均可达±(5mm+5×10-6D)；原东德的EOT 2000，我国的HGC-1、DCH-2、DCH3、DCH-05等。
短程光电测距仪，多采用砷化镓（GaAs或GaAlAs）发光二极管作为光源（发出红外荧光），少数仪器也用氦-氖（He-Ne）气体激光器作为光源。
砷化镓发光二极管是一种能直接发射调制光的器件，即通过改变砷化镓发光二极管的电流密度来改变其发射的光强。
4.5电磁波测距
斜距到平距的改算，一般在现场用测距仪进行，方法是： 在测距仪上进行切换
§4-5 电磁波测距
三、光电测距的注意事项
（1）气象条件对光电测距影响较大，微风的阴天是 观 测的良好时机。 （2）测线应尽量离开地面障碍物1.3m以上，避免通过发 热体和较宽水面的上空。 （3）测线应避开强电磁场干扰的地方，例如测线不宜接 近变压器、高压线等。 （4）镜站的后面不应有反光镜和其他强光源等背景的干 扰。
§4-5 电磁波测距
电磁波测距是用电磁波(光波或微波)作为 载波，传输测距信号，以测量两点间距离的 一种方法。
与传统的钢尺量距相比，具有测程长、精 度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形 限制等优点。
测距仪按其测程可分为短程光电测距仪 （2km以内）、中程光电测距仪（3～ 15km）和远程光电测距仪（大于15km）。
若修正原设定值，可按“TPC”键后输入温度、气压值或棱 镜常数（一般通过“ENT”键和数字键逐个输入）。
一般情况下，只要使用同一类的反光镜，棱镜常数不变， 而温度、气压每次观测均可能不同，需要重新设定。
§4-5 电磁波测距
（4）距离测量
调节主机照准轴水平调整手轮（或经纬仪水平微动螺 旋）和主机俯仰微动螺旋，使测距仪望远镜精确瞄准棱镜 中心。 在显示“good”状态下，精确瞄准也可根据蜂鸣器声音来 判断，信号越强声音越大，上下左右微动测距仪，使蜂鸣器 的声音最大，便完成了精确瞄准，出现“
B
A
2
§4-5 电磁波测距
二、测距仪操作与使用
（1）安置仪器
先在测站上安置好经纬仪，对 中、整平后，将测距仪主机安装在 经纬仪支架上，用连接器固定螺丝 锁紧，将电池插入主机底部、扣紧。
电磁波测距原理公式
电磁波测距原理公式电磁波测距是一种常见且重要的测量技术，在我们的生活和科学研究中都有着广泛的应用。
要理解电磁波测距，咱们得先从它的原理公式说起。
电磁波测距的基本原理就是利用电磁波在空气中传播的速度和时间来计算距离。
简单来说，就好比你朝着远处大喊一声，然后根据声音传回来的时间来估算你和远处物体的距离。
那电磁波测距的原理公式是啥呢？常见的就是 D = c × t / 2 。
这里的 D 表示测量得到的距离，c 是电磁波在真空中的传播速度，大约是299792458 米每秒，t 则是电磁波从发射到接收所经历的时间。
举个例子吧，有一次我和朋友去爬山，我们想知道从山脚下到山顶的直线距离。
这时候，我就拿出了一个带有电磁波测距功能的仪器。
我先朝着山顶的方向发射电磁波，仪器开始精准地记录电磁波发射的时刻。
当电磁波从山顶反射回来被仪器接收到时，仪器又迅速记录下接收的时刻。
这中间的时间差，经过仪器内部的精密计算，再结合电磁波的传播速度，就能得出我们和山顶之间的距离啦。
咱们再深入点讲讲这个公式。
为啥要除以 2 呢？这是因为电磁波从发射点出发，到达目标点后再反射回来，我们测量到的时间 t 实际上是电磁波走了一个来回的时间。
所以，真正单程的距离就得除以 2 。
在实际应用中，电磁波测距可不简单。
因为电磁波在空气中传播时，会受到各种因素的影响。
比如说，大气的温度、湿度、气压等等，都会让电磁波的传播速度发生变化。
这就好像你在跑步的时候，遇到顺风和逆风，速度感觉就不一样。
为了提高测距的精度，科学家们可没少下功夫。
他们不断改进仪器，提高测量时间的精度，还研究出各种方法来修正大气条件对电磁波传播速度的影响。
想象一下，在建筑工地上，工程师们要用电磁波测距来确定建筑物之间的距离，要是误差太大，那房子可就盖歪啦！又比如说在地质勘探中，准确测量地下岩层的距离，对于寻找矿产资源可是至关重要的。
回到我们的日常生活，现在很多汽车上的自适应巡航系统，其实也用到了电磁波测距的原理。
电磁波测距
已知：时标脉冲频率f=15 MHz,电磁波速度C=3×10E+8 m/s, 时标脉冲个数 n=100。
求： 距离 D。
D= 1/f × n×C / 2= 1000 米
测距前，电子门是关闭的，时标脉冲不能进入计数系统。 测距时，在光脉冲发射的瞬间，主脉冲把电子门打开，时标脉 冲就一个一个经过电子门进入计数系统，计数系统开始记录脉 冲数目。当回波脉冲到达时电子门关闭，计数系统停止计数， 计数系统记录下来的脉冲数目就是所测距离值。
光脉冲发射器
光电接收器
电
子
时标脉冲
门
振荡器
取样棱镜
脉冲法测距的工作原理框图
计数及显 示系统
t 2D nt （光脉冲在测线上往返传播的时间）
D
1 2
Ct2 D
D C nt nd 2
只要选定一个d值(10m、 5m、1m)，记录计数系 统的脉冲数目n，就可把 所测距离（nd）显示出 来。
式中:n为时标脉冲的个数；d=C·t/2，即在时间t内光脉冲 所走的一个单位距离。
4.1.1 调制的意义和分类
光波调制：使光波的振幅、频率或相位发生有规律变化的 过程。调制有调幅、调频、调相三种。激光测距仪大多用调幅。
电磁波测距仪中的光波调制是利用了某些物体在外信号的 作用下所具有的物理现象和效应（如光电效应、磁光效应，声 光效应等），其完成调制过程。激光器和调 制器是一个整体。GaAs半导体激光器或发光二极管。
4.2.1 电磁波和电磁波谱 电磁波：根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在它
的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在较远的区域内 引起新的变化电场,并在更远的区域内引起新的变化磁场。 这种变化的电场和磁场交替产生,以有限的速度由近及远在 空间内传播的过程称为电磁波。
第四章 电磁波测距1
GPT-8200A系列
河南城建学院测绘与城市空间信息系<<控制测量学>>
第二讲 电磁波测距的基本原理
拓普康第二代WinCE智能全站仪——WinCE全站仪 ● 全新2000米无棱镜测距技术 ● GPT-7500提供世界上最长的无棱镜电子测距 (2000m).这是拓普康第三代无棱镜测距技术的傲人 成果。 2000米的无棱镜测程确保了可以测量350米 范围内的任何目标，甚至可以透过栅栏，树枝进行 测量。采用最安全的一级激光，避免了对测量人员 的伤害，同时，在某些环境内（如油罐）无疑更让 人放心 ● 高速Intel Xscale处理内核。测量全面加速！ ● 标准、Mini双USB接口，可直读U盘 ● 5000mAh超大容量锂电池，动力强劲 ● 丰富的应用软件
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短程测距仪
中程测距仪
北京光学仪器 厂—HGC-1红 外测距仪
武汉地震仪器厂JCY-2A 激光测距仪
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第一讲、电磁波测距仪分类
3、测距仪的分级 1999年《城市测量规范》规定，按1km测距中误差 (即 mD a b D ，当D=1km时)划分为两级： 测距仪精度等级 每公里测距中误差 m D ( mm )
1 1 m D cmt D Ct2 D 2 2 8 m c 3 10 要求mD 3mm s
mt 2 10
11
s 一般只能达到10
8
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第二讲 电磁波测距的基本原理
武汉大学遥感课件整理
第一章遥感的根本概念：广义的遥感: 泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波〔声波、地震波〕等的探测。
实际工作中，重力、磁力、声波、地震波等的探测被划为物探，只有电磁波探测属于遥感的范围。
狭义的遥感: 应用探测仪器，不与探测目标接触，从远距离把目标物的电磁波记录下来，通过分析，提醒出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
遥感系统：目标物的电磁波特征、信息的获取、信息的接收、信息的处理、信息的应用遥感分类：按平台分：航天遥感〔卫星太空站〕航空遥感〔飞机气球〕地面遥感〔高塔、车、船〕按传感器探测波段分可见光/红外遥感、热红外遥感、微波遥感。
按研究对象分：1资源遥感以地球资源为调查对象2环境遥感对自然与社会环境的动态变化监测。
按工作方式分：主动遥感、被动遥感。
按空间尺度分：1全球遥感全球性资源环境、2区域遥感区域资源开发3城市遥感城市规划土地利用/覆盖遥感的特点：1大面积同步观测2时效性动态监测，快速更新监测范围数据3数据的综合性与可比性4经济性5局限性遥感应用：一、遥感在资源调查方面的应用1，在农业、林业方面的应用：农、林土地资源调查、土地覆盖调查、农林病虫害、土壤干旱、盐化、沙化的调查及监测，以及农作物长势的监测与估产、森林资源的清查、牧场草场资源，野生动物生态环境、农用水资源等。
2，在地质矿产方面的应用：客观真实地反映各种地质现象，形象地反映区域地质构造,地质找矿工程地质、地震地质、水文地质与灾害地质3、在水文、水资源方面的应用：水资源调查、流域规划、水土流失调查、海洋调查等。
青藏高原水资源调查夏威夷群岛淡水资源第二章电磁波：交互变化的电场与磁场在空间的传播。
电磁波谱：将整个电磁波按产生的方式与物理特性的不同可划分为不同的波谱区。
绝对黑体：能够吸收全部入射辐射能量的物体斯忒藩-玻尔兹曼定律：1cm2 面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式为：W = σT T的四次方σ= 5.67Х10 W/ cm K黑体辐射的特性：1，斯忒藩-玻耳兹曼定律：辐射强度随温度升高而迅速高。
第四章--电磁波测距及其距离测量
16
控制测量学
4.9 测距成果的归算
4. 波道曲率改正 这项改正包括第一速度改正和第二速度改正
第一速度改正： 电磁波在近距离的传播可看成是直线，
当距离较远时，因受大气垂直折光的影响， 不是直线，是一条半径为的弧线。把弧长 化为弦长的改正称为第一速度改正。
Dg
D
D
k2 24 R
2
D3
（1）对于普通的距离测量，当作业的气象条件与仪器 的基准气象条件差异不大时，不进行气象改正。当存在较大 差异时，输入测区的概略气温和气压进行自动改正。
（2）对于精密测距，应根据有关规范规定，用经过鉴 定的气压计温度计，按要求的方法测定每条测线上的气压和 气温，输入仪器进行自动改正。
2019年12月21日1时43分
D N c c K 2nf 2 2nf
mD2
mc c
2
mn n
2
m f
f
2
D
2
4
2
m2
mk2
mA2
mg2
与距离有关的： 光速误差 大气折射率误差 测距频率误差
2019年12月21日1时43分
12
控制测量学
4.9 测距成果的归算
1. 仪器加常数改正和乘常数改正 （1）仪器加常数改正△Dc
测距仪、反光镜的安置中心与测距中心不一致而产生 的距离改正，称为仪器加常数改正。
仪器加常数包括测距仪加常数C1和棱镜加常数C2. 仪器加常数C1是由测距仪的距离起算点与仪器安置中 心不一致产生的。由专业鉴定部门鉴定获得；
定。目前的测距仪都具有设置常数的功能，我们将加常数和 乘常数预先设置在仪器中，然后在测距的时候仪器会自动改 正。
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相位法测距原理的技术要点(5)
幅相误差问题
幅相误差的一种产生原理
相位法测距原理的技术要点(6)
幅相误差是将模拟中频信号(正弦波)转化成数字信号(方波) 的过程产生，即因信号幅度(强度)不同引入的转换附加相差 ΔΦ (非线性过程) 。 远距离和近距离的回光信号强度差距极其悬殊，必须使用自 动减光系统(自动光强控制系统)和自动增益控制的中频放大器， 以保证信号在整形前幅度一致。这也是实现高精度距离测量 的技术关键。 自动增益控制电路的设计不合理也可能造成电路延迟参数 随信号强度变化，也能形成幅相误差。 周期误差问题 在电路系统和光学系统中，干扰、窜扰普遍存在的。在精密 相位测量来说，同频率干扰信号将是致命的误差源，因为频 率相同就意味着不可以利用电子滤波器将其过滤。 克服干扰： 屏蔽和隔离是有效的途径 恰当使用差分放大电路等电路技术
三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状，
这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本 保证。 工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测 量已经成为过去式。
典型应用：全站仪
目前许多全站仪都附带有无棱镜测距功能 其中一部分就是采用了脉冲激光测距原理。
相位法测距
相位法测距，又叫间接法测距，它不直接测 定电磁波往返传播的时间。而是测定由仪器 发出的连续正弦电磁波信号在被测距离上往 返传播而产生的相位变化(即相位差)，根据 相位差求得传播时间，从而求得距离D。
dD
c cT D dT2 D 22 dn 2n 2n c cT2 D 2 u D ( uT 2 D ) ( 2 un ) 2 2n 2n
c cT2 D dD dT2 D 2 dn 2n 2n c cT2 D 2 u D ( uT 2 D ) ( 2 un ) 2 2n 2n
频率
30MHz
15MHz 1.5MHz 150KHz
15KHz
波长
测尺长度 测距精度
10m
5m 0.5mm
20m
10m 1mm
200m
100m 1cm
2000m
1000m 10cm
20km
10km 1m
多频测距原理(2)
选定一个测距频率时其测程和精度是相矛盾的，若要测出较长距离，则相应 就要降低测距精度 。 为了保证测程和测距精度，可以采用一组测距频率，即，一台仪器配有两个以 上的测尺，其中，短测尺用于保证测距精度，长测尺用于扩大仪器的测程。 例如：15MHz的精尺(尺长10.000m)测得的距离是8.057m，而75KHz粗尺(尺长 2000.0m)测得的距离是1737.95m。 对于精尺而言：D = N×10+8.057 对于粗尺而言：D = 1737.95+ε 所以 N =(1737.95+ε-8.057)/10=172.9893+ε/10 由于N为整数,ε很小(其绝对值远小于精尺尺长的1/2) 所以 N =173，D =173×10+8.057=1738.057 当粗尺测量精度太低以致于ε绝对值接近或超过1/2精尺尺长时，距 离测量结果就必然出现粗差
几何量电子传感测量
武汉大学测绘学院测量工程研究所 叶晓明
电磁波测距
电磁波测距的一般原理 脉冲式光电测距 相位式光电测距 干涉式激光测距 微波干涉测距 微波伪码测距
电磁波测距仪的一般工作原理
电磁波测距的原理就是利用电磁波的直线传播特性 和波速稳定特性，通过测出两点之间的电磁波传播 延迟时间进而间接测得直线距离的过程。
相位法测距原理的技术要点(7)
电路固有延迟问题 电路延迟包含了电磁波在被测距离上的延迟，也包括了电信号在电路上的 延迟。 内光路测量过程，就是直接将发射光短路回接收系统以测出电路系统所造 成的时间延迟，用于计算被测距离时扣除这部分延迟。 时间基准的精度问题 普通石英晶体振荡器的稳定度多在 ±10-4 (±100ppm)数量级，不能满足 测绘作业所要求的精度，所以必须使用温度补偿提高时间基准的精度。 整机控制问题 整个仪器包含了复杂的控制和运算过程，如测尺转换控制、光路转换控制、 减光自动控制、测相节奏(时序)控制、相位距离换算、粗精尺距离衔接运算、 内部加乘常数改正、气象改正、电源监测、信号检测等等。 使用微处理器来实现这些复杂过程当然最有利。
微延迟计数法
该技术的典型代表是德国ACAM公司的TDC时 间数字转换芯片，该芯片可瞬间完成脉冲时 间的精确测量。 该芯片利用门电路的微小延迟，利用大量的 门电路串联构成集成延迟线，通过检测被测 脉冲结束时刻延迟线中的波相位实现精确时 间测量。
测量单元由START信号触发，由 STOP信号 停止。 由环形振荡器（延迟线首尾相接而成） 中波沿所在的位臵和粗值计数器中的结果计 算出START与 STOP之间的时间间隔。测量 范围可达到 20位。最小分辨力可达65ps。 1ps=10-12s，相应的光速距离为 0.3mm。
发射波 测距仪 反射波 A D B 反射器
发射波 发射机 接收机
A
D
B
光电测距仪的一般原理
AB两点间的距离是D，往返时间是t2D，电磁波在大气 中的速度是V 则：
D＝V t2D/2
t2D可由测距仪中的测时系统测出 大气中的波速V=c/n，也是可以通过大气温度、湿度、压力来求出的
于是： D=ct2D /2n
LEICA DI3000测距仪采用了此方法，测程达 10KM，精度±（3+1ppm）mm。 问题：积分电压测量面临干扰，产生“节拍 效应”，精度提高仍然有限。 DI3000中采取扰乱时钟和被测脉冲的相位关 系的方法，让“节拍效应”随机化，利用统 计规律来消减这种“节拍效应”误差，牺牲 了测量时间。
表3-1 正弦信号的混频过程
相位法测距原理的技术要点(4)
相位计精度问题 目前几乎所有的仪器都使用数字相位计实现高分辨力 测相。多周期测量实现±1误差、噪声误差的自然抵偿 是其要点。 光能衰减对测程的影响问题 光的发散和传输衰减将造成回光强度随距离的增大而急 剧减弱，为了获得较远的测程，选用亮度高度集中的发 光管、设计高度会聚的光路系统、选用高灵敏的雪崩光 电二极管、设计高增益低噪声接收放大器是必要的；而 近距离时回光光强很强，所以还必须有性能优良的自动 减光、自动增益控制(AGC)等自适应系统。
电子门被闭合后，时标脉冲就不能通过 电子门。 那么计数器上记录下的时标脉冲个数m， 将对应于测距脉冲信号在被测D上往返传 播所需的时间t2d。 时间越长，通过脉冲信号就越多，反之 就越少，根据时标脉冲的个数可以计算 出时间t2d，从而获得距离。
优点：
脉冲测距原理优缺点
脉冲式测距可以实现瞬间高功率脉冲发钟频率到了100MHz,计数器的原理误 差(±1误差)造成的时间测量误差就可达 ±1/100MHz=±10-8秒，根据公式D=Vt2d/2可得出由此造 成的距离误差可达±1.5m。而电子计数器、门电路等 的工作速度达到100MHz很不容易。 技术难度问题。高频率电子线路在设计制造中会面临干 扰、能耗、成本、稳定性等麻烦问题。
不确定度公式表明： 若要获得mm数量级的距离测量可靠度，时间测量 结果的不确定度必须达到10-11秒数量级。
测距电磁波和基本方法
用于测距的电磁波
微波 激光 红外线 脉冲法测距 干涉法测距 相位法测距
电子测距的基本方法
脉冲式光电测距
脉冲法测距就是直接测定间断电磁脉冲信号 在被测距离上往返传播所需的时间t2D，利用 公式计算距离D
相位式测距的原理
晶体振荡器
发光管
内 光 路
反 射 器
本机振荡器
放大
接收管
基准混频
测距混频
中频放大
数字测相
微处理器
图3-5 相位式测距仪的原理框图
相位式测距过程
晶体振荡器产生两路主频信号 主频调制信号对发光二极管进行调制 ; 另一路主频信号作为测相参考信号送至基 准混频电路和本机振荡信号混频产生参考 中频信号 测尺尺长：主频波长的一半λ /2 发光二极管由于受主频信号的调制即发出光 强随主频信号变化的红外光，该光线经光学 系统会聚后射向目标点的反射棱镜 光线经反射后回到接收光电二极管，光电二 极管再次将光信号转化成电信号，这时的电 信号就是主频经被测距离延迟后的被测信号
相位法测距仪的工作过程就是计量出测尺的整尺段数和尾数的过程。
相位法测距原理的技术要点(1)
精度问题 解决精度问题的方向是使用较高频率的载波(短尺)调制 ，要获得1毫米的距离 分辨力必须获得10-11秒的时间测量分辨力。 由于噪声等现实因素的存在，相位测量的精度也是有限的，对相位测量的精 度期望过高必然加重电路设计制造的困难，对使用中的稳定度指标也不利。 15MHz的高频信号来说， 10-11秒的时间延迟可产生33.9″的相位延迟 ；1.5MHz 的高频信号，10-11秒的时间延迟只能产生3.39″的相位延迟，要获得这么高的相 位测量精度很困难。 测程问题 相位测量只能测出一个波长(周期)以内的相位差。超过一个波长以上的距 离将出现整数个波长的距离丢失---N值问题。 15MHz的频率来说，其测程只有10米。 利用低频载波(长尺)实现粗测。
典型应用：三维激光扫描仪
通过激光测距原理瞬时测得空间三维坐标值 的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的 空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则 的场景的三维可视化模型,既省时又省力。
快速扫描是扫描仪诞生产生的概念。
在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等， 在数字化的今天，这样的测量速度已经不能满足测量的需 求。 最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹， 而现在脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到 50000点每秒， 相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经达 到120万点每秒，