4.控制测量教案4

第四章电磁波测距

教学要点

一、教学内容

（1）电磁波在大气中的转播；

（2）电磁波测距基本原理公式及电磁波测距仪的分类、分级；

（3）相位式测距的基本原理及公式；

（4）距离观测值的改正和光电测距仪的检验；

（5）光波测距成果的归算；

（6）光电测距的误差来源及精度估计；

二、重点和难点

（1）重点电磁波测距基本原理公式；相位式测距的基本原理及公式；距离观测值的改正；光波测距成果的归算；光电测距的误差来源。

（2）难点电磁波在大气中的转播；光电测距仪的检验；光电测距的精度估计。

三、教学要求

（1）了解大气对电磁波测距的影响；了解电磁波测距仪的分类、分级；了解水光电测距仪的检验；了解光电测距的精度估计。

（2）掌握电磁波测距基本原理公式；掌握相位式测距的基本原理及公式；掌握水距离观测值的改正；掌握光波测距成果的归算及光电测距的误差来源。

四、教学方法

多媒体课件教学。

五、作业6

第四章第一讲

学习目标：了了解大气对电磁波测距的影响；了解电磁波测距仪的分类、分级；掌握电磁波测距基本原理公式；掌握相位式测距的基本原理及公式。

重点和难点：重点：电磁波测距基本原理公式、相位式测距的基本原理及公式。

难点：大气对电磁波测距的影响；

教学内容：

课前讲授：讲授学习目标。

4.2 电磁波在大气中的转播

一、一般概念：

1.什么是气象参考点？了解光波在大气中转播的基本情况？

T0=288.16（t=15°c）、P0=760mmHg、e0=0(干燥空气)、二氧化碳含量0.03%、H=60%作为标准气象条件。徕卡仪器（t=12°c）、拓普康（t=15°c）

2.大气对电磁波测距的影响：

（1）使大气中的转播转播小于真空中的光速值C0=2999792.458KM/秒，从而扩大了在一定距离内的转播时间。

（2）由于大气折射影响，使电磁波转播的波道弯曲，使距离测得过长。

二、电磁波的大气衰减：

1.大气气体分子的吸收

2.大气密度的变化及空中微粒的散射。

三、电磁波的转播速度：

转播速度：

:O O C C n

c C n =

转播速度：真空速度；折射率

；：

n n F λλ=折射率；它是、T 、P 、e 的函数。：（、T 、P 、e ）

结论；气象条件是限制电磁波测距精度的主要因素。

四、电磁波的波道弯曲

由于大气密度的不均匀性使得电磁波在大气中的转播波道不是一条直线，而是一条曲线。

4.3电磁波测距基本原理公式及电磁波测距仪的分类、分级

一、电磁波测距基本原理公式

1.概念：设电磁波在大气中传播速度为c ，当它在距离D 上往返一次的时间为t ，则有：

ct

D 21=

(1)

上式为电磁波测距基本原理公式。 2.测定t 方法：有①直接测时②间接测时。

①直接测时一类测距仪称为脉冲式测距仪，即直接测定仪器所发出的脉冲信号往返与被测距离的转播时间， 从而求得被测距离的方法。该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。

微分(1)式 cdt

dD 21=

(2)

换成中误差

t

D cm m 2

1= (3)

设s m

c 8

103⨯=，要求mm m D 3±=，则s

m t 11

10

2-⨯±=（一般只能达到s 8

10

-）。

②间接测时一类测距仪称为相位式测距；

即用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“运输工具”（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t ，进而求得待测距离D 。

调制波的调制频率f ，角频率f πω2=，周期T ，波长

f c

cT =

=λ (4)

设调制波在距离D 往返一次产生的相位变化为ϕ，调制信号一个周期相位变化为2π，则调制波的传播时间t 为：

f

t πϕ

ω

ϕ2=

=

(5)

代入(1)式得f

c D πϕ4=

(6)

设调制信号为正弦信号， ϕ包含2π的整倍数

N2π，和不足2π的尾数部分ψ，即：

)

(2)2(22N N N N ∆+=+

=+=ππ

ψ

πψπϕ (7)

式中

πψ2=

∆N

(7)代入(6) )

(2

)(2N N N N f

c D ∆+=

∆+=λ (8)

令

22λ

=

=

f

c u ------单位长，“测尺”，“电子尺”

(8)式改写成 )(N N u D ∆+= (9)

(9)式就是相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为u 的“测尺”去量测距离，量了N 个整尺段加上不足一个u 的长度就是所测距离。

二、电磁波测距仪的分类和分级 1.分类

按测定t 的方法⎩⎨

⎧相位式测距仪

脉冲式测距仪

按测程⎪

⎩⎪

⎨⎧---------公里以下

短程数公里至十多公里中程几十公里长程3

按载波⎩

⎨

⎧------微波测距仪

微波红外测距仪激光测距仪光波,