第四章电磁波测距
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电磁波测距
相位差除了用鉴相器测量之外，还可采用可变光路法，即用仪器内部的光学系统改变接收信号的光程，使该 信号延迟一段时间。电子仪表指示发射信号与接收信号相位相同时，直接在刻划尺上读出尾数。此外，还可以用 延迟电路来改变接收信号的相位，由该电路调整控制器上的分划，读出尾数。
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。
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。
第四章-距离测量
尺长改正：
Dk
D'
k l0
Байду номын сангаасk ——尺长改正值
l 0 ——卷尺名义长度
D ' ——量得长度
温度改正： D t D ' tt0 ——钢尺膨胀系数
t 0 ——标准温度
高差改正：
Dh
h2 2S
水平距离 D D ' D k D t D h
钢尺量距的误差分析
1、尺长误差 钢尺名义长度和实际长度不符，则产生尺长 误差，它随着距离的增长而增大。 2、温度误差 钢尺受温度影响其长度会变化 3、拉力误差 丈量时拉力要均匀 4、定线误差 定线不直使丈量沿折线进行，因而总是使丈 量结果偏大 5、尺子不水平误差 6、丈量本身的误差 主要包括钢尺刻划误差、对点不准确 读数误差以及外界条件影响等。一般来说这种误差，在丈 量的过程中可以抵消一部份，但不能完全消除，因此，在 测量时要十分仔细认真。
操作步骤：
1、丈量前，在直线两端点A、B竖立标杆； 2、丈量时，后尺手持钢尺的末端位于起点A，前尺手 持钢尺的前端（零点的位置）沿定线方向向B点前进， 至整尺处插下测钎，这样就量取了第1个尺段。 3、以此方法量其他整尺段，依次前进，直至量完最后 一段。最后一段为不足整尺段的“余长”。 4、丈量余长时，乙将钢尺零点分划对准B点，甲在钢 尺上读取余长值。 5、求出A B的水平距离
电磁波测距技术发展简介
电磁波测距的分类 电磁波测距仪按其所采用的载波可分为：
①用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪
②用激光作为载波的激光测距仪
③用红外光作为载波的红外测距仪
后两者又统称为光电测距仪（均采用光波作为载波） 微波和激光测距仪多属于长程测距，测程可达60km，一般用 于大地测量；而红外测距仪属于中、短程测距仪(测程为15km以 下)，一般用于小地区控制测量、地形测量、地籍测量和工程测量 等。（微波和激光测距仪的测程较大，多用于大地测量，红外测 距仪多用于小范围内的距离测量，我们在工程上用得较多的是这 一种）
电磁波测距
电磁波测距电磁波测距是用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间解算出距离。
一、概述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。
与传统的钢尺量距和视距测量相比，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。
电磁波测距的英文全称是：Electro－magnetic Distance Measuring，所以又简称为EDM。
电磁波测距仪按其所采用的载波可分为：①用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪；②用激光作为载波的激光测距仪；③用红外光作为载波的红外测距仪。
后两者又统称为光电测距仪。
微波和激光测距仪多用于长程测距，测程可达60 km，一般用于大地测量；而红外测距仪属于中、短程测距仪（测程为15kffi以下），一般用于小地区控制测量、地形测量。
地籍测量和工程测量等。
本节主要介绍光电测距仪的基本原理和测距方法速发展～红外光电测距仪采用的是CaAs（砷化钦）发光二极管作为光源，不同的caAs发光二极管发光波长范围为0．82～0．93Pm。
由于GaAs发光管具有注人电流小、耗电省、寿命长、体积小、抗震性强及连续发光的特点，使测距仪体积大为减小。
近几年来又将光电测距仪与电子经纬仪和野外记录及数据处理器结合，；组成电子速测仪，同时进行角度和距离的测量，还能自动记录、存储、输出观测值及有关处理数据也能直接显示乎距、高差、坐标增量等，使测量工作大为简化。
所以红外测距仪在小面积的控制测量、地形测量和各种工程测量中得到广泛的应用。
二、红外测距仪基本原理若用红外测距仪测定AB二点间的距离D．如图5－12。
测距仪安置在A点，反光镜安置在B点。
由仪器发出的光束经过待测距离D到达反光镜，经反射回到仪器。
如果能测出光在距离D上往返传播为时间，则距离可按公式（5－19）求得。
如果测距仪发出的是光脉冲，通过测定发射的光脉冲和接收到波光脉冲的时间差t测定距离，称为脉冲法测距。
第四章 电磁波测距
4．6．2
N
值的确定
由式（4-30）可以看出，当测尺长度 u 大于距离 D 时，则 N 即 D u
2
0
。，此时可求得确定的距离值， 。因此，为了扩大单值解的测
u N
程，就必须选用较长的测尺，即选用较低的调 制频率。根据 u
2 c 2f
，取 c 3 1 0
f2
c 2 f1
；粗尺频率
，相应的测尺长度为 u 2
D u1 ( N 1 N 1 ) D u2 (N 2 N 2 )
2D
而 t 是由时标脉冲振荡器不断产生的具有时间间
2D
隔（ t ）的电脉冲来决定的。 因 则
t2 D n t
D V 2 nt nd
式中， n 为时标脉冲的个数； d
V 2
t
，即在时间间
隔 t 内光脉冲往返所走的一个单位距离。所以我们只要 事先选定一个 d 值（例如l0m，5m，lm等），记下送 入计数系统的脉冲数目，就可以直接把所测距离 （ D nd ）用数码管显示出来。
徕卡TCR系列全站仪
无棱镜测距应用： • • • • 大容积标定行业 工程安装质量检查 隧道断面测量 城市地籍、房产测 量 • „„
安装质量检 查
油罐容积标定测 量
隧道断面测 量
徕卡TCR系列全站仪
应用优势 一方面，省去了作 业员爬高下低的奔 波之苦，作业强度 和危险性也大大降 低； 另一方面，对一些 重要的建筑（比如 文物）起到了一定 的保护作用。
§4.6相位法测距的基本原理 4.6.1基本原理及基本公式 1.基本原理 由载波源产生的光波（或微波）经调制器被高频电波所调制（调 幅或调频），成为连续调制信号。该信号经测线达到彼端反射器， 经反射后被接收器所接收，再进入混频器（I），变成低频（或中频） 测距信号 e 测 。另外，在高频电波对载波进行调制的同时，仪器发射 系统还产生一个高频信号， 此信号经混频器 （II） 混频后成为低频 （或 中频）基准信号 e 基 。e 基 和 e 测 在比相器中进行相位比较，由显示器显 示出调制信号在两倍测线距离上传播所产生的相位移，或者直接显 示出被测距离值。
第四章 电磁波测距1
29
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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6
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
7
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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
GPT-8200A系列
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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
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s 一般只能达到10
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第二讲 电磁波测距的基本原理
第4章 电磁波测距
J 调制器 t
J
I0 t
原幅不变
Jm=I0·sinωt sinωt
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）， 其调制方式有两种：内调制和外调制。 内调制：在激光器内采取措施来完成调制过 程。激光器和调制器是一个整体。 外调制：激光器和调制器是分离的两个部分。 激光器发出一定光强的光束，通过调制后， 成为强度不断变化的光波。 调制器对测距仪有直接影响，其应具有性能 稳定、调制度高、损耗小、相位均匀、有一 定宽度等特点。
ϕ 2π A D往 N·2π B D返 A’
∆ϕ
，Ｂ—Ａ Ａ点安置仪器，Ｂ点安置反射镜，Ａ Ｂ为光波的往程，Ｂ Ａ为 点安置仪器，Ｂ点安置反射镜，Ａ—Ｂ为光波的往程，Ｂ ，Ｂ点安置反射镜，Ａ 返程。把往返程摊开即为上图， 返程。把往返程摊开即为上图，易看出测距信号在待测距离上往 返一次所产生的相位差。 返一次所产生的相位差。 其中t2D ＝ϕ／ｗ， 其中t • D=1/2·ｃ·t2D D=1/2 ｃ t 则D=1/2 ·ｃ·（ϕ／ｗ）＝ 1/2 ·ｃ·（ϕ／ 2πｆ） ｃ（ ｃ（ 由图： 由图： ϕ=2Nπ+∆ ϕ 上两式联立，且令u=λ/2，则有： 上两式联立，且令 ，则有： D=u·(N+ΔN) (N+ΔN)——相位法测距的基本公式 D=u (N+ΔN) 相位法测距的基本公式 λ/2为测尺长度 相当于一把钢尺长度； 为测尺长度， u= λ/2为测尺长度，相当于一把钢尺长度； 为整波数，相当于整尺段；ΔN为尾波数 相当于线段的“ 为尾波数， N为整波数，相当于整尺段；ΔN为尾波数，相当于线段的“余 一般只能测出ΔN 如何解决？ 长”。一般只能测出ΔN ，N如何解决？ 4.4.2 N值的确定 4.4.2 N值的确定
测量员岗位知识 第四章 距离测量
l l l0
l l l0
任一长的温度与钢尺检定时的温度不同，尺长会 发生变化。
lt (t t0 )l
式中： 0.0000125 / 10 C, 钢尺膨胀系数
•倾斜改正
lh d l (l 2 h 2 )1/ 2 l h 2 1/ 2 l[(1 2 ) 1] l h2 1 h4 l[(1 2 4 ) 1] 2l 8 l h2 2l
解： DAB nl q 4 30 m 9.98 m 129.98 m
DBA nl q 4 30 m 10.02 m 130.02 m
1 1 Dav ( DAB DBA ) (129.98 m 130.02 m) 130.00 m 2 2
DAB DBA 129.98 m 130.02 m 0.04 m 1 K Dav 130.00 m 130.00 m 3250
A
1
2
3
4
5
B
仪器定线：如下图
４．两点间互不通视的定线 如图4-7所示，设AB两点在山头两侧，互不通视。定 线时，甲持标杆选择靠近AB方向的①1点立标杆，① 1点要靠近A点并能看见Ｂ点。甲指挥乙将所持标杆 定在①1B直线上，标定出②1点位置，要求②1点靠近 B点，并能看见A点。然后由乙指挥甲把标杆移动到 ②1A直线上，定出①2点。这样互相指挥，逐渐趋近， 直到①点在A②直线上，②点在①B直线上为止。这 时①、②两点就在A、B直线上了。
量距记录表
工程名称：×-× ×× 钢尺型号：5#(30m) 日期：2006. 01.08 天气：晴天 量距：×××; × 记录：×××
测线
整尺 段
零尺段
总计
电磁波测距及其距离测量
载波为无线电微波，穿透能力强，在有雾、小雨、雪的情 况下也可测量。
2020年5月13日4时42分
7
控制测量学
4.2 电磁波测距仪的原理及分类
二、电磁波测距仪的分类
按测程
长程 几十公里 中程 数公里至十多公里 短程 3公里以下
按载波数
单载波 可见光,红外光,微波 双载波 可见光与可见光 ,可见光与红外光 三载波 可见光可见光和微波 ,可见光红外光微波
4.2 电磁波测距仪的原理及分类
二、电磁波测距仪的分类
（1）脉冲式测距仪。它是直接测定仪器所发射的脉冲信号 往返于被测距离的传播时间，从而求得距离值。
这种测距仪可以达到较远的测程，但精度较低，通常适
用于精度较低的远距离测量、地形测量等。
（2）相位式测距仪。它是测定仪器所发射的连续的测距信 号往返于被测距离的滞后相位来间接推算信号的传播时间， 从而求得所测距离。
控制测量学
4.9 测距成果的归算
（2）仪器乘常数改正△DR 乘常数是指测距仪的精测调制频率偏离其标准值而引起
的一个计算改正数的乘系数，也称为比例因子。 乘常数的检测需要由专门的鉴定机构进行检测。 总之，对于加常数和乘常数，我们在测距前先进行检定。
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。
2020年5月13日4时42分
3
控制测量学
4.2 电磁波测距仪的原理及分类
一、电磁波测距原理
电磁波测距是用电磁波(光波或微波)作为载波，来传输测 距信号，以测量两点间距离的一种方法。
它的基本原理是利用仪器发出的电磁波，通过测定出电磁 波在测线两端点间往返传播的时间t来测量距离D:
2020年5月13日4时42分
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控制测量学
4.2 电磁波测距仪的原理及分类
二、电磁波测距仪的分类
按测程
长程 几十公里 中程 数公里至十多公里 短程 3公里以下
按载波数
单载波 可见光,红外光,微波 双载波 可见光与可见光 ,可见光与红外光 三载波 可见光可见光和微波 ,可见光红外光微波
4.2 电磁波测距仪的原理及分类
二、电磁波测距仪的分类
（1）脉冲式测距仪。它是直接测定仪器所发射的脉冲信号 往返于被测距离的传播时间，从而求得距离值。
这种测距仪可以达到较远的测程，但精度较低，通常适
用于精度较低的远距离测量、地形测量等。
（2）相位式测距仪。它是测定仪器所发射的连续的测距信 号往返于被测距离的滞后相位来间接推算信号的传播时间， 从而求得所测距离。
控制测量学
4.9 测距成果的归算
（2）仪器乘常数改正△DR 乘常数是指测距仪的精测调制频率偏离其标准值而引起
的一个计算改正数的乘系数，也称为比例因子。 乘常数的检测需要由专门的鉴定机构进行检测。 总之，对于加常数和乘常数，我们在测距前先进行检定。
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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控制测量学
4.2 电磁波测距仪的原理及分类
一、电磁波测距原理
电磁波测距是用电磁波(光波或微波)作为载波，来传输测 距信号，以测量两点间距离的一种方法。
它的基本原理是利用仪器发出的电磁波，通过测定出电磁 波在测线两端点间往返传播的时间t来测量距离D:
第四章 电磁波测距
脉冲发射
脉冲接收
反 射 器
器
A
D
B
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>
2007.5.9
3
一、电磁波测距的基本原理
2、相位式测距原理公式
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。
在上式中u=λ/2是已知的，ΔN可测出（测相器只能测定余长 uΔN，而不能测出整周数N）但仍有两个未知数，即待测距离D和整周 数N，这就使距离产生多值性，如能解出N，距离D就成为单值解。 由于测相器只能测定余长uΔN，而不能测出整周数N，例如用一个频 率测得2.578m，它可以是尾数都是2.578m的若干个大数不同的距离。这 好比担任量距的人记不住已经量了多少整尺段，只记得最后不足一个整尺 段的余长。显而易见，一个频率的测量只能得到余长而解不出N。如果选 择“测尺”（或频率）大于待测距离，则上式变成D=uΔN,这可解出距离D。 但由于测相精度只能达到10-3，所以想要用单一频率的测量来获得距离的 单值解，则精度和测程就不可能兼顾。
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2007.5.9
11
二、距离观测值的改正
• 第一类仪器本身所造成的改正：加常数 置平 乘常数（频率） 周期误差 • 第二类大气折光而引起的改正：气象 波道弯曲 • 第三类归算方面的改正：倾斜和投影到椭球面上（下册）
调制波的调制频率 f
角频率 周期T 波长
2f
第四章 电磁波测距
黑龙江工程学院
2
一、电磁波测距的基本原理 不同的波源产生不同的电磁波。 电磁波：γ射线、X 电磁波：γ射线、X射线、紫外线、可见光、 红外线、微波、无线电波。 电磁波谱图：电磁波在真空中传播的波长或 频率递增或递减顺序排列。
黑龙江工程学院
3
一、电磁波测距的基本原理
黑龙江工程学院
4
一、电磁波测距的基本原理
黑龙江工程学院
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二、距离观测值的改正
θ1 =
D1z
λ
× 360 0 , θ 2 = θ 1 +
d
λ
2
× 360
0
= θ1 + ∆θ
D= (N + ∆N) = (N + ∆N) 2f 2 D = u ( N + ∆N )
u=
2f
=
2
单位长， 测尺” 单位长，“测尺”，“电子尺
相位式测距仪是 用长度为u 用长度为u的 “测尺”去量测 测尺” 距离，量了N 距离，量了N个 整尺段加上不足 一个u 一个u的长度就 是所测距离。 是所测距离。
第四章 电磁波测距
一、电磁波测距的基本原理 二、距离观测值的改正 三、光电测距的误差来源
黑龙江工程学院
1
一、电磁波测距的基本原理 1、电磁波和电磁波谱
根据麦克斯韦电磁场理论, 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, 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, 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, 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 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。
工程测量-第四章 距离测量
⑵温度改正 设钢尺在检定时的温度为t0℃，丈量时的温度为t℃，钢尺的线 膨胀系数α (一般为0.0000125/℃)。则某尺段l的温度改正为： Δ t=α (t-t)l (4-4) Δ llt=α (t-t00)l (4-4) 工程测量学
4 距离测量 尺 量 距 §4.1 钢 4.1.4 钢尺量距成果整理
⑵尺长误差 钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距的影响， 是随着距离的增加而增加的。在高精度量距时应加尺长改正，并要 求钢尺检定误差<1mm。 ⑶温度测定误差 据钢尺温度改正公式Δ lt=α (t-t0)l，当温度引起的误差为 1/30000时，温度测量误差不应超出±3℃，此外在测试温度计显示 的是空气环境温度，不是钢尺本身的温度。在阳光暴晒下，钢尺与 环境测试可差5℃。所以量距冝在阴天进行。最好用半导体温度计 测量钢尺的自身温度。 ⑷拉力不均误差 钢尺具有弹性，会因受拉而伸长。钢尺弹性模量E=2×105MPa， 设钢尺断面积A=0.04cm2,钢尺拉力拉力误差为Δ p，据虎克定律， 钢尺伸长误差为： Pl (4-9)
工程测量学
4 距离测量 尺 量 距 §4.1 钢 4.1.4 钢尺量距成果整理
精密量距中，每一尺段需进行尺长改正、温度改正及倾斜改正 ，求出改正后的尺段长度。 ⑴尺长改正 钢尺名义长度l0一般和实际长度不相等，每量一段都需加入尺 长改正。在标准拉力、标准温度下经过检定实际长度为l’，其差值 Δ l为整尺段的尺长改正，即 Δ l=l’-l Δ l=l’-l00 任一长度l尺长改正公式为： Δ ld=Δ l×l/l0 (4-3) d 0
介绍电磁波测距原理，红外测距仪简介
工程测量学
4 距离测量 尺 量 距 §4.1 钢 4.1.1 量距工具
电磁波测距
电磁波测距电磁波测距是用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间解算出距离。
一、概述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。
与传统的钢尺量距和视距测量相比，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。
电磁波测距的英文全称是：Electro－magnetic Distance Measuring，所以又简称为EDM。
电磁波测距仪按其所采用的载波可分为：①用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪；②用激光作为载波的激光测距仪；③用红外光作为载波的红外测距仪。
后两者又统称为光电测距仪。
微波和激光测距仪多用于长程测距，测程可达60 km，一般用于大地测量；而红外测距仪属于中、短程测距仪（测程为15kffi以下），一般用于小地区控制测量、地形测量。
地籍测量和工程测量等。
本节主要介绍光电测距仪的基本原理和测距方法速发展～红外光电测距仪采用的是CaAs（砷化钦）发光二极管作为光源，不同的caAs发光二极管发光波长范围为0．82～0．93Pm。
由于GaAs发光管具有注人电流小、耗电省、寿命长、体积小、抗震性强及连续发光的特点，使测距仪体积大为减小。
近几年来又将光电测距仪与电子经纬仪和野外记录及数据处理器结合，；组成电子速测仪，同时进行角度和距离的测量，还能自动记录、存储、输出观测值及有关处理数据也能直接显示乎距、高差、坐标增量等，使测量工作大为简化。
所以红外测距仪在小面积的控制测量、地形测量和各种工程测量中得到广泛的应用。
二、红外测距仪基本原理若用红外测距仪测定AB二点间的距离D．如图5－12。
测距仪安置在A点，反光镜安置在B点。
由仪器发出的光束经过待测距离D到达反光镜，经反射回到仪器。
如果能测出光在距离D上往返传播为时间，则距离可按公式（5－19）求得。
如果测距仪发出的是光脉冲，通过测定发射的光脉冲和接收到波光脉冲的时间差t测定距离，称为脉冲法测距。
4.5电磁波测距
精确瞄准后，按“MSR”键，主机将测定并显示经温度、 气压和棱镜常数改正后的斜距。
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。
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。
电磁波测距是通过测定电磁波束
电磁波测距是通过测定电磁波束，在待测距离上往返传播的时间D t 2 来计算待测距离D 的，如图4-1 所示，电磁波测距的基本公式为
D=1/2ct2d
式中c ——电磁波在大气中的传播速度。
电磁波在测线上的往返传播时间D t 2 ，可以直接测定，也可以间接测定。
直接测定电磁波传播时间是用一种脉冲波，它是由仪器的发送设备发射出去，被目标反射回来，再由仪器接收器接收，最后由仪器的显示系统显示出脉冲在测线上往返传播的时间D t 2 或直接显示出测线的斜距，这种测距仪称为脉冲式测距仪。
间接测定电磁波传播时间是采用一种连续调制波，它由仪器发射出去，被反射回来后进入仪器接收器，通过发射信号与返回信号的相位比较，即可测定调制波往返于测线的迟后相位差中小于2 π 的尾数。
用n 个不同调制波的测相结果，便可间接推算出传播时间 D t 2 ，并计算（或直接显示）出测线的倾斜距离。
这种测距仪器称为相位式测距仪。
目前这种仪器的计时精度达10 -10 s 以上，从而使测距精度提高到lcm 左右，可基本满足精密测距的要求。
现今用于精
密测距的测
路肩
路肩【shoulder；verge】指的是位于车行道外缘至路基边缘，具有一定宽度的带状部分(包括硬路肩与土路肩)，为保持车行道的功能和临时停车使用，并作为路面的横向支承。
距仪多属于这种相位式测距。
电磁波测距
电磁波：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微 波、无线电波。
电磁波谱图：电磁波在真空中传播的波长或频率递增或 递减顺序排列。
4.2.2 电磁波测距基本原理公式
入射光 出射光
通过测定电磁波（无线电波或光 波）在待测距离两端点间往返传 播的时间，利用电磁波在大气中 的传播速度来确定其距离
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t2D，则有：
光电倍增管本身是一个混频器，有混频作用—把高频信号 变为中、低频信号，不需专设混频线路。
第四章 电磁波测距仪及其距离测量
4.1 4.2 4.3 4.4 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.13
电光调制和光电转换 电磁波测距仪分类 脉冲法测距的基本原理及应用 相位法测距的基本原理及应用 光波测距仪的合作目标 光波测距仪的检验 电磁波在大气中的传播 光波测距成果的归算 光波测距的误差来源及精度估计 全站仪原理
由于脉冲在路程中经历时间太短，通常用记录高频振荡晶 体的振动次数计算时间，自动完成。
脉冲式测距是由测距仪发射系统发射一种脉冲波，被目 标反射回来，再由仪器接收器接收，仪器的显示系统显示 出光脉冲往返传播的时间，或直接显示距离。
时标脉冲
触
脉冲发射
反
电子门
发
射
器
脉冲接收
器
计数显示
A
D
B
4.3.2 脉冲法测距的基本结构
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。
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正确测定测站和镜站上的气象元素，并使算得的大 气折射系数与传播路径上的实际数值十分接近。
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
二、测距误差的分类
2、固定误差
➢对中误差 要求对中误差在3mm以下，归心误差在5mm以内。
➢仪器加常数误差 经常对加常数进行及时检测。
➢测相误差 包括测相设备本身的误差，幅相误差，照准误差，信
为仪器的参考折射率，
n参
c0
调 f调
而实际光程长度： d c0 • t2D
n2
因此，第一次速度改正数：
k'
d 'd
c0t2D 2n参
n参 n
n
§4.9 测距成果的归算
二、速度改正
第二次速度改正：
由于
1 n 2 (n1 n2 ) n
而
n
(k
k
2
)
d '2 12 R
2
因此，第二次改正数：
k"
五、差频测相
相位测量：利用高频测距信号、高频基准信号分别通过 混频器混频后得到两个低频信号，由这两个低 频信号经比相而测出相位差。
差频测相：把高频信号相位差的测量用差频的方法转化 为低频信号相位差的测量。分为平衡测相和自 动数字测相。
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
五、差频测相
发射调制光的相位： 本机震荡信号的相位： 混频后低频信号的相位： 反射后的调制光相位：
噪比引起的误差。 ➢周期误差
有特殊性，与距离有关但不成正比
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
三、测距精度估计
内符合精度：仪器对同一距离进行多次测定，其观测值
之间的符合程度。
一次测定中误差为：m vv n 1
平均中误差为： M
m
n
相对中误差为： M /D
外符合精度：测量值与已知值比较而求得的精度指标。
d
'
n
(k
k
2
)
d '3 12 R
2
§4.9 测距成果的归算
三、几何改正
改正的目的：将速度改正后的弧 长度先归算成测站间的直 线斜距，然后再归算至椭 球面上的弦长，最后归算 至椭球面上的弧长。
d1 d2 d3 d4
§4.9 测距成果的归算
四、投影改正
改正的目的：将几何改正后的大地线长度按高斯投 影法投影到高斯平面上，并求出两点 在高斯平面上的直线距离。
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
七、测距新技术
徕卡全站仪在测距方面采用了一系列的新技术 ●高频测距技术 ●温控与动态频率校正技术 ●无棱镜相位法激光测距技术
§4.5 干涉法测距的基本原理
干涉法测距：通过测定光波本身的相位叠加结 果而测定距离。
§4.6 光波测距仪的合作目标
§4.7 光波测距仪的检验
一、概述
改正项目：
系统误差改正——加常数、乘常数改正、周期误差改正 气象条件改正——大气折射率变化所引起的改正 归算方面改正——倾斜改正、归算改正、投影改正、归
心改正、波道弯曲改正
§4.9 测距成果的归算
二、速度改正
第一次速度改正：
测距仪显示的距离：
d ' c0 • t2D n参 2
其中， n参
§4.2 电磁波测距仪的分类
二、电磁波测距仪使用的载波 2、激光
激光的特性： 高方向性 高亮度 高单色性 高相干性
§4.2 电磁波测距仪的分类
三、测距仪的分类
脉冲式：直接测定时间
D 1 vt 2
按测定t的方法：
相位式：通过测定相位来推算时间
D 1v 2 2f
§4.2 电磁波测距仪的分类
三、测距仪的分类
第四章
电磁波测距
第四章 电磁波测距
• §4.1 电光调制和光电转换 • §4.2 电磁波测距仪的分类 • §4.3 脉冲法测距的基本原理及应用 • §4.4 相位法测距的基本原理及应用 • §4.5 干涉法测距的基本原理及应用 • §4.6 光波测距仪的合作目标 • §4.7 光波测距仪的检验 • §4.8 电磁波及其在大气中的传播 • §4.9 测距成果的归算 • §4.10 光波测距与误差来源及精度估算 • §4.11 微波测距概要 • §4.12 全站仪
一、主要检验项目
功能检验 照准误差测定 周期误差的测定 乘常数的测定 适应性能的检测
轴系关系正确性检验 幅相误差的测定 加常数的测定 内部、外部符合精度的检验 测程的检验
§4.7 光波测距仪的检验
二、周期误差
周期误差：按一定的距离为周期重复出现的误差。 误差来源：仪器内部的串扰信号 减弱措施：加大测距信号
§4.8 电磁波在大气中的传播
一、一般概念
真空中的光速：
c0 299 792.458km/ s 30万千米/ 秒
空气中的光速：
c c0 / n
其中，n为空气折射率
两项误差：光速误差、波道弯曲误差
§4.8 电磁波在大气中的传播
二、电磁波的大气衰减
衰减的主要原因：大气气体分子的吸收 大气密度的变化 空中微粒的散射
§4.1 电光调制和光电转换
一、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。
J
t
原振幅不变
调制器
调幅
J
I0
t
Jm=I0·sinωt
§4.1 电光调制和光电转换
二、光电转换
原因：测距仪的测相器要求输入的是电信号，而 反射回来的是光信号。
常用的光电转换器件有光电二极管和光电倍增器。
k0
d4
ym2 2Rm2
其中，
1
1
ym 2 ( y1 y2 ), Rm 2 (R1 R2 )
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
一、测距误差的主要来源
M
2 S
D2
mc0 c0
2
mf f
2
mn n
2
4
2
m2
mK2
mA2
mg2
mc0 为光速测定中误差 m f 为测距频率中误差
一、基本原理
脉冲法测距：直接测定仪器所发射的脉冲信号往返于被 测距离的传播时间以获得距离。
时标脉冲
触
脉冲发射
反
电子门
发
射
器
脉冲接收
器
计数显示
A
D
B
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
二、脉冲式测距仪的基本结构
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
三、光脉冲测距对光脉冲的要求
具有足够的强度 具有良好的方向性 具有良好的单色性 具有很窄的脉冲宽度
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
四、计算系统
主要装置——晶体振荡器
脉冲信号输入
主门
计数器
显示器
晶体振荡器
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
一、基本原理
相位法测距：通过测量连续的调制信号在待测距离上往返传 播产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得距离。
m外 2m内
测距精度： m a2 (b106 D)2
§4.11 微波测距概要
微波测距：以微波作为载波进行测量。在测线两端分别 安置两台仪器，即主台和副台，主台发射电 波被副台接收后，由副台再转发给主台。
优点： 对观测条件要求不高 架设仪器不需要精确瞄准目标 测线两端直接利用机内通讯设备进行联系，不需 要另配通信设备
减弱串扰信号 加周期误差改正数 测定方法：平台法
§4.7 光波测距仪的检验
三、加常数与乘常数
a b ppm
加常数：由于测距仪的机械中心与调制波发射 和接收的等效面不一致而产生。
乘常数：主要是由调制频率偏离设计值引起的， 是尺度比例系数。
§4.7 光波测距仪的检验
四、用六段解析法测定加常数
D
d1
布格（Bouguer）公式:
I D I0e ( )D
§4.8 电磁波在大气中的传播
三、电磁波的传播速度
1、折射率
c c0 / n
折射率与大气成分、温度、压力、湿度、波 长等都有关系，即
n f (,T, P,e)
§4.8 电磁波在大气中的传播
三、电磁波的传播速度
2、大气参数的测定
温度：利用通风干湿计，测定干湿温度的精度 分别为0.2℃和0.1℃。
载波源调制器Fra bibliotek显示器
e基 比相器 e测
混频器 （Ⅱ）
混频器 （Ⅰ）
高频电波 接收器
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
二、计算公式
仪器发射的调制波信号为：
e1 em sin t
仪器接收到的反射波信号为：
e2 em sin(t t2D )
可得发射波与反射波之间的相位差：
t2D
则：
t2D
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
mn 为折射率求定中误差 m 为相位测定中误差
mK 为加常数测定中误差 mA 为周期误差测定中误差 mg 为对中误差
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
二、测距误差的分类
1、比例误差
➢光速值的误差影响：可以忽略不计。 ➢调制频率的误差影响
调制频率的误差，包括两个方面，即频率校正的误 差（反映了频率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频 率稳定度）。 ➢大气折射率的误差影响
§4.12 全站仪
一、概述
把电子测距、电子测角和 微处理机结合成一个整体、能自 动记录、存储并具备某些固定计 算程序的电子速测仪 ，因该仪器 在一个测站点能快速进行三维坐 标测量、定位和自动数据采集、 处理、存储等工作，较完善地实 现了测量和数据处理过程的电子 化和一体化，所以称“全站型电 子速测仪”，通常又称为“电子 全站仪”或简称“全站仪”。
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
二、测距误差的分类
2、固定误差
➢对中误差 要求对中误差在3mm以下，归心误差在5mm以内。
➢仪器加常数误差 经常对加常数进行及时检测。
➢测相误差 包括测相设备本身的误差，幅相误差，照准误差，信
为仪器的参考折射率，
n参
c0
调 f调
而实际光程长度： d c0 • t2D
n2
因此，第一次速度改正数：
k'
d 'd
c0t2D 2n参
n参 n
n
§4.9 测距成果的归算
二、速度改正
第二次速度改正：
由于
1 n 2 (n1 n2 ) n
而
n
(k
k
2
)
d '2 12 R
2
因此，第二次改正数：
k"
五、差频测相
相位测量：利用高频测距信号、高频基准信号分别通过 混频器混频后得到两个低频信号，由这两个低 频信号经比相而测出相位差。
差频测相：把高频信号相位差的测量用差频的方法转化 为低频信号相位差的测量。分为平衡测相和自 动数字测相。
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
五、差频测相
发射调制光的相位： 本机震荡信号的相位： 混频后低频信号的相位： 反射后的调制光相位：
噪比引起的误差。 ➢周期误差
有特殊性，与距离有关但不成正比
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
三、测距精度估计
内符合精度：仪器对同一距离进行多次测定，其观测值
之间的符合程度。
一次测定中误差为：m vv n 1
平均中误差为： M
m
n
相对中误差为： M /D
外符合精度：测量值与已知值比较而求得的精度指标。
d
'
n
(k
k
2
)
d '3 12 R
2
§4.9 测距成果的归算
三、几何改正
改正的目的：将速度改正后的弧 长度先归算成测站间的直 线斜距，然后再归算至椭 球面上的弦长，最后归算 至椭球面上的弧长。
d1 d2 d3 d4
§4.9 测距成果的归算
四、投影改正
改正的目的：将几何改正后的大地线长度按高斯投 影法投影到高斯平面上，并求出两点 在高斯平面上的直线距离。
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
七、测距新技术
徕卡全站仪在测距方面采用了一系列的新技术 ●高频测距技术 ●温控与动态频率校正技术 ●无棱镜相位法激光测距技术
§4.5 干涉法测距的基本原理
干涉法测距：通过测定光波本身的相位叠加结 果而测定距离。
§4.6 光波测距仪的合作目标
§4.7 光波测距仪的检验
一、概述
改正项目：
系统误差改正——加常数、乘常数改正、周期误差改正 气象条件改正——大气折射率变化所引起的改正 归算方面改正——倾斜改正、归算改正、投影改正、归
心改正、波道弯曲改正
§4.9 测距成果的归算
二、速度改正
第一次速度改正：
测距仪显示的距离：
d ' c0 • t2D n参 2
其中， n参
§4.2 电磁波测距仪的分类
二、电磁波测距仪使用的载波 2、激光
激光的特性： 高方向性 高亮度 高单色性 高相干性
§4.2 电磁波测距仪的分类
三、测距仪的分类
脉冲式：直接测定时间
D 1 vt 2
按测定t的方法：
相位式：通过测定相位来推算时间
D 1v 2 2f
§4.2 电磁波测距仪的分类
三、测距仪的分类
第四章
电磁波测距
第四章 电磁波测距
• §4.1 电光调制和光电转换 • §4.2 电磁波测距仪的分类 • §4.3 脉冲法测距的基本原理及应用 • §4.4 相位法测距的基本原理及应用 • §4.5 干涉法测距的基本原理及应用 • §4.6 光波测距仪的合作目标 • §4.7 光波测距仪的检验 • §4.8 电磁波及其在大气中的传播 • §4.9 测距成果的归算 • §4.10 光波测距与误差来源及精度估算 • §4.11 微波测距概要 • §4.12 全站仪
一、主要检验项目
功能检验 照准误差测定 周期误差的测定 乘常数的测定 适应性能的检测
轴系关系正确性检验 幅相误差的测定 加常数的测定 内部、外部符合精度的检验 测程的检验
§4.7 光波测距仪的检验
二、周期误差
周期误差：按一定的距离为周期重复出现的误差。 误差来源：仪器内部的串扰信号 减弱措施：加大测距信号
§4.8 电磁波在大气中的传播
一、一般概念
真空中的光速：
c0 299 792.458km/ s 30万千米/ 秒
空气中的光速：
c c0 / n
其中，n为空气折射率
两项误差：光速误差、波道弯曲误差
§4.8 电磁波在大气中的传播
二、电磁波的大气衰减
衰减的主要原因：大气气体分子的吸收 大气密度的变化 空中微粒的散射
§4.1 电光调制和光电转换
一、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。
J
t
原振幅不变
调制器
调幅
J
I0
t
Jm=I0·sinωt
§4.1 电光调制和光电转换
二、光电转换
原因：测距仪的测相器要求输入的是电信号，而 反射回来的是光信号。
常用的光电转换器件有光电二极管和光电倍增器。
k0
d4
ym2 2Rm2
其中，
1
1
ym 2 ( y1 y2 ), Rm 2 (R1 R2 )
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
一、测距误差的主要来源
M
2 S
D2
mc0 c0
2
mf f
2
mn n
2
4
2
m2
mK2
mA2
mg2
mc0 为光速测定中误差 m f 为测距频率中误差
一、基本原理
脉冲法测距：直接测定仪器所发射的脉冲信号往返于被 测距离的传播时间以获得距离。
时标脉冲
触
脉冲发射
反
电子门
发
射
器
脉冲接收
器
计数显示
A
D
B
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
二、脉冲式测距仪的基本结构
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
三、光脉冲测距对光脉冲的要求
具有足够的强度 具有良好的方向性 具有良好的单色性 具有很窄的脉冲宽度
§4.3 脉冲法测距的基本原理及应用
四、计算系统
主要装置——晶体振荡器
脉冲信号输入
主门
计数器
显示器
晶体振荡器
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
一、基本原理
相位法测距：通过测量连续的调制信号在待测距离上往返传 播产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得距离。
m外 2m内
测距精度： m a2 (b106 D)2
§4.11 微波测距概要
微波测距：以微波作为载波进行测量。在测线两端分别 安置两台仪器，即主台和副台，主台发射电 波被副台接收后，由副台再转发给主台。
优点： 对观测条件要求不高 架设仪器不需要精确瞄准目标 测线两端直接利用机内通讯设备进行联系，不需 要另配通信设备
减弱串扰信号 加周期误差改正数 测定方法：平台法
§4.7 光波测距仪的检验
三、加常数与乘常数
a b ppm
加常数：由于测距仪的机械中心与调制波发射 和接收的等效面不一致而产生。
乘常数：主要是由调制频率偏离设计值引起的， 是尺度比例系数。
§4.7 光波测距仪的检验
四、用六段解析法测定加常数
D
d1
布格（Bouguer）公式:
I D I0e ( )D
§4.8 电磁波在大气中的传播
三、电磁波的传播速度
1、折射率
c c0 / n
折射率与大气成分、温度、压力、湿度、波 长等都有关系，即
n f (,T, P,e)
§4.8 电磁波在大气中的传播
三、电磁波的传播速度
2、大气参数的测定
温度：利用通风干湿计，测定干湿温度的精度 分别为0.2℃和0.1℃。
载波源调制器Fra bibliotek显示器
e基 比相器 e测
混频器 （Ⅱ）
混频器 （Ⅰ）
高频电波 接收器
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
二、计算公式
仪器发射的调制波信号为：
e1 em sin t
仪器接收到的反射波信号为：
e2 em sin(t t2D )
可得发射波与反射波之间的相位差：
t2D
则：
t2D
§4.4 相位法测距的基本原理及应用
mn 为折射率求定中误差 m 为相位测定中误差
mK 为加常数测定中误差 mA 为周期误差测定中误差 mg 为对中误差
§4.10 光波测距的误差来源 及精度估计
二、测距误差的分类
1、比例误差
➢光速值的误差影响：可以忽略不计。 ➢调制频率的误差影响
调制频率的误差，包括两个方面，即频率校正的误 差（反映了频率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频 率稳定度）。 ➢大气折射率的误差影响
§4.12 全站仪
一、概述
把电子测距、电子测角和 微处理机结合成一个整体、能自 动记录、存储并具备某些固定计 算程序的电子速测仪 ，因该仪器 在一个测站点能快速进行三维坐 标测量、定位和自动数据采集、 处理、存储等工作，较完善地实 现了测量和数据处理过程的电子 化和一体化，所以称“全站型电 子速测仪”，通常又称为“电子 全站仪”或简称“全站仪”。