第四电磁波测距

两边的整数部份和小数部份应分别相等
N1

k
N
的整数部份
2
例：u1=10m, u2=1000m, k=100,
N1 kN2的小数部份
N1 0.698 N2 0.387
N1

kN
的整数部份
2

38
D u1(N1 N1) 386.98m
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
D c 4f
2
D c (N N) (N N)
u
N 2
c
2f
2
2f 2
相位式测距仪是
D u(N N ) 单位长，“测尺”，“电子尺
用长度为u的
“测尺”去量测
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
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 2f
周期T
波长 cT c
f
设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为
10
一、电磁波测距的基本原理
单载波 可见光,红外光,微波 按载波数 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
漫反射目标(非合作目标) 按反射目标 合作目标 平面反射镜,角反射镜
有源反射器 同频载波应答机,非同频载波应答机
• 第三类归算方面的改正：倾斜和投影到椭球面上（下册）
说明：由于现在测距仪的性能和自动化程度不同，测距 仪的精度要求也各异，故有些改正可不需进行，有的在 观测时只需在仪器中直接输入有关数值或改正值即可。
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
13
二、距离观测值的改正
1、仪器常数的测定
2
一、电磁波测距的基本原理
测定t方法有①直接测时：脉冲式测距仪 ②间接测时：相位式测距仪
直接测时一类测距仪称为脉冲式测距仪，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。
D

1 2
Ct2 D
1 mD 2 cmt
c 3108 m s
要求mD 3mm
mt 2 1011 s 一般只能达到108
9
一、电磁波测距的基本原理
3、测距仪的分类和分级
脉冲式测距仪 按测定t的方法 相位式测距仪
按载波
光波 微波



激光测距仪, 红外测距仪 微波测距仪
长程 几十公里 按测程 中程 数公里至十多公里
短程 3公里以下
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
6
一、电磁波测距的基本原理
N值解算的一般原理：
D u(N N)
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。
什么是仪器常数？
⑴加常数K
测距仪的机械中心与调制波发 射和接收的等效面不一致；测距 仪的机械中心与内光路等效面不 一致使仪器产生（与所测距离长 短无关的）加常数。
D0 D K1 K2 D K
（2）乘常数
电磁波测距好象是用电子尺丈量的。如果电子尺不准就会产生系统误差。 这就是乘常数。
16
二、距离观测值的改正
现在多数仪器带有传感器，可自动感知测站上的气象参 数，自动对所测距离加改正数。也可以根据几个点上测 得的气象参数借助辅助表格等工具计算改正数。
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
17
三、光电恻距的误差来源
DN c c K 2nf 2 2nf
a----固定误差(mm), b---比例误差系数(mm/km)，
D---测距边长度(km)
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
12
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
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：
t 2f
D c 4f
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
5
一、电磁波测距的基本原理
设调制信号为正弦信号， 包含2π的整倍数N2π，和不足2π的尾数部分ψ，
即：
N 2 2 (N ) 2 (N N)
mD


mc c
2
mn n
2


m f
f

2
D
2
4

2
m2
mK2
mA2
mg2
mD (A B D)
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
18
2、测距精度估计
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
8
一、电磁波测距的基本原理
设仪器采用了两把测尺配合测距，若用两者测定同一距离，则有：
D u1(N1 N1)
D u2 (N2 N2 ) u2N2 （限制所测距离D小于u2）
k u2 测尺放大系数 u1
N1 N1 kN2 N1为正整数，ΔN1为小于1的小数，该式
n 1 105.91P 15.02e 106 273.16 t 273.16 t
Dn

282.2
105.91P 15.02e 106 273.16 t

D
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
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
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
1
1
一、电磁波测距的基本原理
1、电磁波测距基本原理公式 D
A
D

1 2
Ct2 D
B
入射光 出射光
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
7
一、电磁波测距的基本原理
• 为解决扩大测程和提高精度的矛盾，既得 到距离的单值解，同时具有高精度和远测 程，相位式测距仪一般采用一组“测尺” 共同测距，即用精测频率测定余长以保证 精度，设置多级频率（粗测频率）来解算N 而保证测程，从而解决“多值性”问题。
衡量仪器的测距精度，一是仪器的内部符合精度， 二是仪器的外部符合精度。
内部符合精度：指仪器对同一距离进行多次观测， 其观测值之间的符合程度。
它反映了仪器的测相误差以及外界大气条件的影响
外部符合精度：指用测距仪在基线上比测后，所得 到的量测值与基线比较而求得的精度指标。
每台仪器出厂时的标准精度也是外部符合精度。
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
19
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
20
乘常数主要是由调制频率偏离设计值引起的。乘常数是尺度比例系数， 可以经检定求得。
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
14
二、距离观测值的改正
用六段解析法测定加常数
n
D K (d1 K ) (d2 K ) (dn K ) di nK
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
光电脉冲法测距原理
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
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
4
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
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
11
一、电磁波测距的基本原理
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： I级：mD ≤5mm; II级：5mm< mD≤10mm。
Ⅲ级：10mm< mD≤20mm。
1
n
D di
K
1
n 1
n 1 mK (n 1)2 md
一般要求mK 0.5md 取mK 0.5md
得n=6.5一般取n=6（段）
重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>> 2007.5.9
15
二、距离观测值的改正
2、气象改正 Dn
这是电磁波测距最重要的改正，因为电磁波在大气中传 输时受气象条件的影响很大。实质是大气折射率对距离的 改正，因大气折射率与气压、气温、湿度有关，因此习惯 叫气象改正。