电磁波测距原理和其距离测量方式
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m D3m m 1ppD m
▪ Wild DIOR-3200
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
▪ 测量连续的调制信号在待测距离上往返传播产生 的相位变化间接测定传播时间
e1 emsint
e 2 e m sitn t2 D
t2D
t2D
Dv2 t 1 2c 1 2c2 f 4 cf
相位法测距的基本原理
▪ 按测程
▪ 长程、中程、短程
▪ 按载波源
▪ 光波、微波
▪ 按载波数
▪ 单载波、双载波、三载波
▪ 按反射目标
▪ 射目标、合作目标、有源反射器
电磁波测距仪的分类
▪ 电磁波测距仪精度
▪ 精度公式
▪ A：mD 固定误A 差 BD
▪ BD ：比例误差
B: p p m 1 06
m m 偶 2 然 m 系 2 统 A 2B2 D
▪ 相位法
2
N2
N2 Dv2 t 1 2c 1 2c2 f 4 cf
D 4 c f2 N 2 c f N 2 2 N N
Du(NN) 测尺：多义性
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
uD N0 DuN
u增大，误差大
一组测尺： 精测尺保证精度 粗测尺保证测程
频率相差大 仪器不稳定
频率相近 频率差为测尺频率
测尺频率 15MHZ 1.5MHZ 150KHZ 15KHZ 1.5KHZ 测尺长度 10m 100m 1km 10km 100km
精度 1cm 10cm 1m 10m 100m
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
D c 1 2 f1 2
D c 2 2 f2 2
1
2
e1
Δφ
φ1 φ
ek e2
光波测距仪的检验
▪ 周期误差
▪ 改正计算公式
D0 d d 123
d n-1 n
Байду номын сангаас
▪ 平V 台i法Asi n0 (i)
D0v0 D1z V1KAsin(01) D0v0dD2z V2KAsin(02)
D0v039dD40z V40KAsin(040)
1D1z
3
2
60
i1d(i1)23601(i1)
▪ 全反射棱镜(反光镜)
▪ 四面体的光学玻璃，三面互相垂直 ▪ 平行性：反射光线与入射光线平行
光波测距仪的合作目标
▪ 全反射棱镜(反光镜)
▪ 单棱镜、三棱镜、六棱镜、九棱镜
光波测距仪的检验
▪ 周期误差 ▪ 加常数
▪乘常数
光波测距仪的检验
▪ 周期误差
▪ 来源：仪器内部固定的串行信号 ▪ 周期误差的周期来源于精测尺的尺长 ▪ 周期为2π，等于精测尺的长度 ▪ 加大测距信号强度，可减小周期误差
f1-f3=150KHZ f1-f4=15KHZ f1-f5=1.5KHZ
1km 10km 100km
1m 10m 100m
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
Mekometer ME5000
m D0 .2 m m 0 .2pp D m
干涉法测距的基本原理
略
光波测距仪的合作目标
▪ 反射器
▪ 激光、红外、微波测距仪的合作目标 ▪ 全反射棱镜：激光、红外测距仪 ▪ 有源反射器：微波测距仪
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的传播速度
▪ 电磁波速度
▪ 大气折射率c与大c0 气n实际介质性质的气体成分、温 度、压力、湿度及波长有关
▪ 纯单色波的相折n 射f率(,T,P,e)
群波的群折射率
n
c0 c
ng
n
dn
d
ng
c0 cg
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的传播速度
▪ 电磁波速度 ▪ 对于无线电微波，对流层为非色散介质，群速度 与相速度一致 ▪ 对于光波，对流层为色散介质，两者不同 ▪ 光电测距仪采用调制波，需要采用群速
电磁波测距原理和其距离测量 方式
本章提要
4.1 电磁波测距的物理原理及分类 4.2 电磁波测距的基本原理和应用 4.3 光波测距仪的合作目标及检验 4.4 电磁波在大气中的传播 4.5 测距成果的归算 4.6 误差来源及精度估计 4.7 微波测距概要
本章提要
[知识点及学习要求] 1、电磁波在大气中的传播 2、测距成果的归算 3、误差来源及精度估计
[重点] 误差来源及精度估
电光调制和光电转换
▪ 省略
电磁波测距仪的分类
▪ 按时间测量方式分类
▪ 电磁波作为载波和调制波进行距离测量
D 1 vt 2
脉冲式
相位式
t 2f
D 1 vt v 2 4f
直接测定脉冲信 号往返传播时间
测定测距信号往返的相位 滞后相位，转化为时间
电磁波测距仪的分类
2
2
D c D c
2 f1 2 f2
相减
12 2
D c2f1f2
Dus(NsNs)
D2f1cf2122
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
间接测尺频率 相当于测尺频率 测尺长度 精度
f1=15MHZ
15MHZ
10m
1cm
f2=0.9f1
f1-f2=1.5MHZ 100m 10cm
f3=0.99f1 f4=0.999f1 f5=0.9999f1
2mm2ppm
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲
▪ 直接测定器发射的脉冲信号往返于被测距离的传播 时间，而得到距离值
f1 T
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲法的时间测定
光脉冲发生器
主脉冲
回波脉冲
计数系统
高频 电脉冲
优点：免棱镜 缺点：精度低，米级
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲法的时间测定
▪ Wild DI-3000脉冲式测距仪
i 1
n
D di
K
i1
n 1
电磁波在大气中的传播
▪ 大气对电磁波测距的影响
▪ 速度变化，增加传播时间 ▪ 电磁波传播的波道弯曲，观测距离大于实际距离 ▪ 需要解决的问题
▪ 确定具体工作条件下的电磁波的实际传播速度 ▪ 电磁波波道的弯曲改正
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波在大气中传播时的现象
▪ 电磁波辐射能量的大气衰减，测程减少 ▪ 电磁波有关参数的随机变化
▪ 降低了信噪比 ▪ 解决方法
▪ 选择有利的观测时间 ▪ 日出后1小时和日落前1小时
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的大气衰减
▪ 大气衰减的原因 ▪ 大气分子的吸收 ▪ 大气密度的变化及空中微粒的散射
▪ 强度衰减与大气折射率、传播距离及波长有关 ▪ 影响
▪ 电磁波的测程
▪ 空中悬浮颗粒会引起无法控制的的吸收
光波测距仪的检验
▪ 仪器常数
▪ 仪器加常数 ▪ 仪器加常数 ▪ 通过电子路线补偿 ▪ 反光镜常数
▪ 乘常数
D 0D ' K iK rD ' K
D标D实 (1R)
光波测距仪的检验
▪ 仪器常数
▪ 六段解析法
D
n1 n2 n3 nd
n
D K (d 1 K ) (d 2 K ) (d n K )(d i K )
▪ Wild DIOR-3200
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
▪ 测量连续的调制信号在待测距离上往返传播产生 的相位变化间接测定传播时间
e1 emsint
e 2 e m sitn t2 D
t2D
t2D
Dv2 t 1 2c 1 2c2 f 4 cf
相位法测距的基本原理
▪ 按测程
▪ 长程、中程、短程
▪ 按载波源
▪ 光波、微波
▪ 按载波数
▪ 单载波、双载波、三载波
▪ 按反射目标
▪ 射目标、合作目标、有源反射器
电磁波测距仪的分类
▪ 电磁波测距仪精度
▪ 精度公式
▪ A：mD 固定误A 差 BD
▪ BD ：比例误差
B: p p m 1 06
m m 偶 2 然 m 系 2 统 A 2B2 D
▪ 相位法
2
N2
N2 Dv2 t 1 2c 1 2c2 f 4 cf
D 4 c f2 N 2 c f N 2 2 N N
Du(NN) 测尺：多义性
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
uD N0 DuN
u增大，误差大
一组测尺： 精测尺保证精度 粗测尺保证测程
频率相差大 仪器不稳定
频率相近 频率差为测尺频率
测尺频率 15MHZ 1.5MHZ 150KHZ 15KHZ 1.5KHZ 测尺长度 10m 100m 1km 10km 100km
精度 1cm 10cm 1m 10m 100m
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
D c 1 2 f1 2
D c 2 2 f2 2
1
2
e1
Δφ
φ1 φ
ek e2
光波测距仪的检验
▪ 周期误差
▪ 改正计算公式
D0 d d 123
d n-1 n
Байду номын сангаас
▪ 平V 台i法Asi n0 (i)
D0v0 D1z V1KAsin(01) D0v0dD2z V2KAsin(02)
D0v039dD40z V40KAsin(040)
1D1z
3
2
60
i1d(i1)23601(i1)
▪ 全反射棱镜(反光镜)
▪ 四面体的光学玻璃，三面互相垂直 ▪ 平行性：反射光线与入射光线平行
光波测距仪的合作目标
▪ 全反射棱镜(反光镜)
▪ 单棱镜、三棱镜、六棱镜、九棱镜
光波测距仪的检验
▪ 周期误差 ▪ 加常数
▪乘常数
光波测距仪的检验
▪ 周期误差
▪ 来源：仪器内部固定的串行信号 ▪ 周期误差的周期来源于精测尺的尺长 ▪ 周期为2π，等于精测尺的长度 ▪ 加大测距信号强度，可减小周期误差
f1-f3=150KHZ f1-f4=15KHZ f1-f5=1.5KHZ
1km 10km 100km
1m 10m 100m
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
Mekometer ME5000
m D0 .2 m m 0 .2pp D m
干涉法测距的基本原理
略
光波测距仪的合作目标
▪ 反射器
▪ 激光、红外、微波测距仪的合作目标 ▪ 全反射棱镜：激光、红外测距仪 ▪ 有源反射器：微波测距仪
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的传播速度
▪ 电磁波速度
▪ 大气折射率c与大c0 气n实际介质性质的气体成分、温 度、压力、湿度及波长有关
▪ 纯单色波的相折n 射f率(,T,P,e)
群波的群折射率
n
c0 c
ng
n
dn
d
ng
c0 cg
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的传播速度
▪ 电磁波速度 ▪ 对于无线电微波，对流层为非色散介质，群速度 与相速度一致 ▪ 对于光波，对流层为色散介质，两者不同 ▪ 光电测距仪采用调制波，需要采用群速
电磁波测距原理和其距离测量 方式
本章提要
4.1 电磁波测距的物理原理及分类 4.2 电磁波测距的基本原理和应用 4.3 光波测距仪的合作目标及检验 4.4 电磁波在大气中的传播 4.5 测距成果的归算 4.6 误差来源及精度估计 4.7 微波测距概要
本章提要
[知识点及学习要求] 1、电磁波在大气中的传播 2、测距成果的归算 3、误差来源及精度估计
[重点] 误差来源及精度估
电光调制和光电转换
▪ 省略
电磁波测距仪的分类
▪ 按时间测量方式分类
▪ 电磁波作为载波和调制波进行距离测量
D 1 vt 2
脉冲式
相位式
t 2f
D 1 vt v 2 4f
直接测定脉冲信 号往返传播时间
测定测距信号往返的相位 滞后相位，转化为时间
电磁波测距仪的分类
2
2
D c D c
2 f1 2 f2
相减
12 2
D c2f1f2
Dus(NsNs)
D2f1cf2122
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
间接测尺频率 相当于测尺频率 测尺长度 精度
f1=15MHZ
15MHZ
10m
1cm
f2=0.9f1
f1-f2=1.5MHZ 100m 10cm
f3=0.99f1 f4=0.999f1 f5=0.9999f1
2mm2ppm
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲
▪ 直接测定器发射的脉冲信号往返于被测距离的传播 时间，而得到距离值
f1 T
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲法的时间测定
光脉冲发生器
主脉冲
回波脉冲
计数系统
高频 电脉冲
优点：免棱镜 缺点：精度低，米级
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲法的时间测定
▪ Wild DI-3000脉冲式测距仪
i 1
n
D di
K
i1
n 1
电磁波在大气中的传播
▪ 大气对电磁波测距的影响
▪ 速度变化，增加传播时间 ▪ 电磁波传播的波道弯曲，观测距离大于实际距离 ▪ 需要解决的问题
▪ 确定具体工作条件下的电磁波的实际传播速度 ▪ 电磁波波道的弯曲改正
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波在大气中传播时的现象
▪ 电磁波辐射能量的大气衰减，测程减少 ▪ 电磁波有关参数的随机变化
▪ 降低了信噪比 ▪ 解决方法
▪ 选择有利的观测时间 ▪ 日出后1小时和日落前1小时
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的大气衰减
▪ 大气衰减的原因 ▪ 大气分子的吸收 ▪ 大气密度的变化及空中微粒的散射
▪ 强度衰减与大气折射率、传播距离及波长有关 ▪ 影响
▪ 电磁波的测程
▪ 空中悬浮颗粒会引起无法控制的的吸收
光波测距仪的检验
▪ 仪器常数
▪ 仪器加常数 ▪ 仪器加常数 ▪ 通过电子路线补偿 ▪ 反光镜常数
▪ 乘常数
D 0D ' K iK rD ' K
D标D实 (1R)
光波测距仪的检验
▪ 仪器常数
▪ 六段解析法
D
n1 n2 n3 nd
n
D K (d 1 K ) (d 2 K ) (d n K )(d i K )