电磁波测距基本原理

4.1电磁波测距基本原理

4.1.1电磁波测距基本原理公式

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 2

1= (1) 上式为电磁波测距基本原理公式。

测定t 方法有①直接测时②间接测时。

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。

微分(1)式 cdt dD 2

1= (2) 换成中误差 t D cm m 2

1= (3) 设s

m c 8103⨯=，要求mm m D 3±=，则s m t 11102-⨯±=（一般只能达到s 810-）。

4.1.2相位式测距原理公式

现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时，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 πϕωϕ2== (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 ∆+=+

=+=ππψπψπϕ (7) 式中πψ2=

∆N (7)

代入(6) )(2)(2N N N N f c D ∆+=∆+=λ (8)

令2

2λ==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。

4.1.3电磁波测距仪的分类和分级

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,

按载波数⎪⎩

⎪⎨⎧---------可见光红外光微波可见光可见光和微波三载波可见光与红外光可见光与可见光双载波微波红外光可见光单载波,,,,

按反射目标⎪⎩

⎪⎨⎧------非同频载波应答机同频载波应答机有源反射器角反射镜平面反射镜合作目标非合作目标漫反射目标,,)(

分级1999年《城市测量规范》规定，按1km 测距中误差(即m D =a+bD ，当

D=1km 时)划分为两级：

I 级：m D ≤5mm;

II 级：5mm

a----固定误差(mm),b---比例误差系数(mm/km)，D---测距边长度(km)