第四章距离测量..

控制测量
对于采用直接测尺频率方式的测距仪，精测尺频率的确定，依 据测相精度，主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要使 确定的测尺长度便于计算。 例如我国的HGC-1型及长征DCH-1型红外测距仪，确定精测尺长 =10m和粗测尺长=1000m的精测尺频率和粗测尺频率。 测尺频率可依下式确定：
fi
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一、电磁波测距仪的分类
3、按载波源，测距仪分为 光波
微波 4、按载波数，测距仪分为 单载波 双载波 三载波 5、按反射目标，测距仪分为 漫反射目标 合作目标 有源反射器
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一、电磁波测距仪的分类
还可按测距仪精度指标分，我国现行城市测量规范将 测距仪划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，即： Ⅰ级：mD≤5mm，Ⅱ级： 5mm ＜mD≤10mm， Ⅲ级： 10mm ＜ mD≤20mm
在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置 一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。
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光电转换器件
在光电测距仪中，接收器的信号为光信号。为了将此信号送到 相位器进行相位比较，必须把光信号变为电信号，对此要采用光电 转换器件来完成这项工作。用于测距仪的光电转换器件通常有光电 二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。
平面 控制 网等 级 三等 四等 一级 二、 三级 仪器型号 观测 次数 往 返 总测 回数 一测回 单程各 读数较 测回较 差（mm） 差（mm） 往返较差 （mm）
≤ 5 mm级仪器
≤10 mm级仪器 ≤5 mm级仪器 ≤10 mm级仪器
1 1
1 1
6
8 4 6 2 1
≤5
≤10 ≤5 ≤10 ≤10 ≤10
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设仪器中采用了两把测尺配合测量，其中精测频率 为f1，相应的测尺长度为u1=c/2f1；粗测尺频率 为f2，相应的测尺长度为u2=c/2f2。若用两者测 定同一段距离，则有：
D u1 ( N1 N1 ) D u2 ( N2 N2 )
u2 N1 N1 = ( N 2 N 2 ) u1
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二、相位式光电测距仪的基本原理
1、基本原理 2、基本公式 3、N值的确定
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二、相位式光电测距仪的基本原理 1、基本原理
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相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光源
相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（ GaAs ）二极管和氦 - 氖 （ He-Ne ）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中 远程测距仪中。
m D——测距中误差（mm）；
a ——标称精度中的固定误差（mm）； b ——标称精度中的比例误差系数（mm/km）； D ——测距长度（km）。
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测距仪器及相关的气象仪表，应定期进行检验。当在高海拔 地区使用空盒气压计时，宜送当地气象台（站）校准。 各等级边长测距的主要技术要求，应符合下表的规定。
控制测量学
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电磁波测距仪
了解测距仪工作原理及 其分类； 掌握距离测量的精度要 求。
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主要内容
一、测距仪的分类 二、相位式测距仪的基本原理 三、测距仪测距的规范要求及注意事项 四、测距成果的归算
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一、电磁波测距仪的分类
电磁波测距仪是利用电磁波作为载波和调制波进行长 度测量的一门技术。其出发公式是 D=（1/2)vt
测尺放 大系数
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例：某仪器选用u1=10m，u2=100m两把 测尺测量一段小于1000m的距离。测得
N1 0.698
N2 0.387
若已知被测距离小于u2，则距离为多少？
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尺频率的选择 直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量 结果组合成待测距离的方式。 间接测尺频率方式：用差频作为测尺频率进行测 距的方式 。 测尺频率的确定：一般将用于决定仪器测距精度 的测尺频率称精测尺频率；而将用于扩展测程的 测尺频率称为粗测尺频率。
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普通钢尺量距的主要技术要求
边长量 距较 差相 对误 差 量 距 总 次 数 定线 最 尺段 估读 温度读 同尺各次 大 高 读定 值 数值 或同段 偏 差 次 至 至 各尺的 差 数 较 （ （C 较差 （ 差 mm） °） （mm） m m） 50 ≤10 3 0.5 0.5 ≤2
式中:
fi
c0 c 2 L1 i 2 nL i
——光波在大气中的传播速度； c ——大气折射率； n ——光波在真空中的传播速度； c 0 ——调制频率（测尺频率）。
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三、距离测量规范要求
一级及以上等级控制网的测距边，应采用全站仪或电磁波测 距仪进行测距，一级以下也可采用普通钢尺进行量距。 本规范测距的各项指标适用于电磁波测距仪、全站仪等中、 短程测距仪器，中、短程的划分，短程为3km以下，中程为 3～15km。 测距仪器的标称精度，按下式表示。A+bppm mD ＝ a ＋ b D 式中
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一、电磁波测距仪的分类
思考：取v=3*108m/s,f=15MHZ，当要求测距 误差小于1cm时，脉冲法测距的计时精度、相 位法测距时的测定相位角的精度应达到多少？
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一、电磁波测距仪的分类
短程光电测距仪 2、按测程，测距仪分为 中程光电测距仪 远程激光测距仪
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二、相位式光电测距仪的基本原理
图4-1
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设调制波的调制频率为f，它的周期 T 1 / f，相应的调制波 长 cT c / f 。由上图可知，调制波往返于测线传播过程 所产生的总相位变化 中，包括N个整周变化 N 2 和不足 ，即 一周的相位尾数
自动数字测相
随着集成电路和数字技术的发展，为测距仪向自动化和数字化 方向发展提供了条件。目前许多中、短程测距仪几乎都采用自动数 字测相技术以及距离的数字显示。 控制测量 LOGO
二、相位式光电测距仪的基本原理 2、基本公式
测定A、B两点的距离D，将相位式光电测距仪整置 于A点（称测站），反射器整置于另一点B（称镜 站）。测距仪发射出连续的调制光波，调制波通过 测线到达反射器，经反射后被仪器接收器接收（如 图4-2（b））。调制波在经过往返距离2D后，相位 延迟了 。我们将两点之间调制光的往程和返程展开 在一直线上，用波形示意图将发射波与接收波的相 位差表示出来，
差频测相
目前相位式测距仪都采用差频测相，即就是使高频测距信号和 高频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频，成为测距 和基准低频信号。在比相时，由于低频信号的频率大幅度降低（如 精测尺频率为 15MHz ，混频后低频为 4kHz 时，降低了 3750 倍），周 期相应扩大，即表象时间得到放大，这就大大地提高了测相精度。
D u( N N )
将长度等于调制波波长一半的这一把“尺子”称为“测尺”或 “电子尺”。 在相位式电磁波测距仪中，欲得到距离必须测定两个量：整波 数N，余长，即相位差的尾数。一般只能测定尾数，无法测定整 波数N。
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3、N值的确定
由于在相位式测距仪中存在的多值性问题，只有当被测距离 D小于测尺长度 / 2 时（即整尺段数N=0），才可以根据 求得唯一确定的距离值，即
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当待测距离较长时，为了既保证必需的测距精度， 又满足测程的要求。在考虑到仪器的测相精度为千 分之一情况下，我们可以在测距仪中设置几把不同 的测尺频率，即相当于设置了几把长度不同、最小 分划值也不相同的“尺子”，用它们同测某段距离， 然后将各自所测的结果组合起来，就可得到单一的、 精确的距离值。 长尺（粗测尺）保证测程，短尺（精测尺）保证精 度。
一、电磁波测距仪的分类
短程光电测距仪：测程在3km以内，测距精度一般在lcm 左右。这种仪器可用来测量三等以下的三角锁网的起始 边，以及相应等级的精密导线和三边网的边长，适用于 工程测量和矿山测量。 中程光电测距仪：测程在3～15km左右的仪器称为中程 光电测距仪，这类仪器适用于二、三、四等控制网的边 长测量。 远程激光测距仪：测程在15km以上的光电测距仪，精度 一般可达±(5mm+1×10-6），能满足国家一、二等控制 网的边长测量。
N
N / 2
——整周数； ——不足一周的尾数。
相位式 光电测 距的基 本公式
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D
c ( N / 2 ) ( N N ) 2f 2
c, f , 为已知值,
, N 为测定值。
这种测距方法同钢尺量距相类似，用一把长度为 / 2 N 的“尺子”来丈量距离，式中N为整尺段数，而 2 为不足一尺段的余长。则
mD=A+BD A：固定误差，单位mm。主要由仪器加常数的测定误差、对 中误差、测相误差引起。与测量距离无关。全站仪的固定误差 一般为1-5mm。 BD：比例误差。主要由仪器频率误差、大气折射误差引起。 其中B的单位“ppm”，全站仪该值由生产厂家提供，用来表征 比例误差中比例的大小，是个固定值，一般在1-5ppm之间；D 的单位是km，由用户实际测量的距离值确定。
式中
t
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 待测距离
图4-1
D
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一、电磁波测距仪的分类
脉冲式测距仪 1、按测定t的方法，测距仪分为 相位式测距仪
脉冲式测距仪：直接测定仪器发出的脉冲信号往返于被测距离 的传播时间，进而求得距离值的一类测距仪。 相位式测距仪：测定仪器发射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，从而求得所测距离的 一类测距仪。
N 2
根据相位 和时间 t 2 D 的关系式 wt2 D ，其中 w 为角频率， 1 则 t2 D / w ( N 2 ) 2f
二、相位式光电测距仪的基本原理
c D ( N / 2 ) u( N N ) 2f
U c / 2 f / 2 ——测尺长度；
调制器
采用砷化镓（GaAs）二极管发射红外光的红外测距仪，发射光 强直接由注入电流调制，发射一种红外调制光，称为直接调制，故 不再需要专门的调制器。但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距 仪，必须采用一种调制器，其作用是将测距信号载在光波上，使发 射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光。
棱镜反射器
D
2

2
u N
为了扩大单值解的测程，就必须选用较长的测尺，即选用较 低的调制频率。 测尺频率 测尺长度 精度
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15MHz 10m 1cm
1.5MHz 150kHz 100m 10cm 1km 1m
15kHz 10km 10m
1.5kHz 100km 100m
可以采用一组测尺共同测距，以短测尺（精 测尺）保证精度，长测尺（粗测尺）保证测 程，从而也解决了“多值性”的问题。 根据仪器的测程与精度要求，即可选定测尺 数目和测尺精度。
≤7
≤15 ≤7 ≤15 ≤15 ≤15 ─ ≤ 2〔a＋b D〕
≤10 mm级仪器 1 ─ ≤10 mm级仪器 1 ─
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注：1 测距的5 mm级仪器和10 mm级仪器，是指当测距长 度为1km时，仪器的标称精度分别为5mm和10 mm的电 磁波测距仪器。 2 测回是指照准目标一次，读数2～4次的过程； 3 根据具体情况，边长测距可采取不同时间段测量代替往 返观测； 4 计算测距往返较差的限差时，a 、b分别为相应等级所 使用仪器标称的固定误差和比例误差。
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测距作业，应符合下列规定：
1 测站对中误差和反光镜对中误差不应大于2mm； 2 当观测数据超限时，应重测整个测回，如观测数据出现 分群时，应分析原因，采取相应措施重新观测； 3 四等及以上等级控制网的边长测量，应分别量取两端点 观测始末的气象数据，计算时应取平均值。 4 测量气象元素的温度计宜采用通风干湿温度计，气压表 宜选用高原型空气盒气压表；读数前应将温度计悬挂在 离开地面和人体1.5m以外的地方，读数精确至0.2℃； 气压表应置平，指针不应滞阻，读数精确至50Pa。