控制测量学课件第十七讲教材

这种测距仪测距精度高,测程相对较短。
2020年7月16日2时47分
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控制测量学
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 em sint
e2 em sint tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱD
t2D
t2D
D vt 1 c 1 c c 2 2 2 2f 4f
2
控制测量学
5.1 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:
D
A
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D 1 vt 2
这样解决了多值性问题。
D S (N1 N2 )
选择一组相近的测尺频率f1,f2，．．进行测量，测 得 N1, N ，2若, 取f1为精测尺频率确定精测距离， 取f1-f2,f1-f3,．．．为相当测尺频率， 则可求出
N1 Ni (i 以 2确,3,定)粗测距离。
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控制测量学
适当选取f1,f2,．．．的大小,就可形成一套相当测尺 长度(us)为十进制的测尺系统(k=10),由此,根据这些测尺 频率的测量结果 N组i 合起来就可完成一组距离的测量，解 算出设计测程以内的距离。
uS
C 2 fS
D S (N1 N2 ) (N1 N2 )
D S ( N S N S )
fs称为相当测尺频率，us称为相当测尺长度，f1、f2称为间
接测尺频率。
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结论：1）用两个频率测量同一距离所得到的相位之差，就等于
其差频频率测量距离的相位差，即 s 1。 2 2) s 是1该方法2 之基础,因频率接近,N1=N2，Ns=0，
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测尺频率的选择
1 直接测尺频率方式
设仪器各频率顺次为倍数关系，若采用两把测尺配合测 定同一距离，则有：
D u1 (N1 N1 )
D u2 (N2 N2 ) u2N2 （限制:D﹤u2,N2=0)
k不能过大,否 则易产生距离 粗差，k一般
k u2 u1
第五章 电磁波测距
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控制测量学
本章提要
5.1 电磁波测距基本原理（了解） 5.2 固频相位式测距仪的基本结构及其作用（了解） 5.5 固频相位法光电测距误差分析（了解） 5.6 固频相位式光电测距仪的检验（掌握） 5.7 测距作业的基本要求和测距成果的计算（了解）
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2 间接测尺频率方式
一些远程的激光测距仪中一般用一组数值上比较接近的测
尺频率，利用其差频频率，间接确定N值。
设仪器采用两个频率f1和f2的调制波分别配合测量同一距
离，则D有：C 1 2 f1 2
D C 2 2 f2 2
D
C
1 2
2( f1 f2 ) 2
设 fs f1 f2
s 1 2
相位法
u D N 0 D u N
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
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。
B
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控制测量学
5.1 电磁波测距仪的原理
二、电磁波测距仪的分类 按测定t的方法不同
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
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测定测距信号往返的相位 滞后相位，转化为时间
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5.1 电磁波测距仪的原理
N1 0.698 N2 0.387
N1
kN
的整数部份
2
38
D u1 (N1 N1 ) 386 .98 m
总结：在测相精度≤1/1000 （保精度）的情况下，要求 u2/u1≤100（保测程）,保证 不可靠数据有可靠数据代替得 正确结果。
在仪器上设置2或3个不变的测距频率，其一为“高频”，又 叫精测频率，其余为“低频”，又叫粗测频率。
总结：在测相精度≤1/1000（保精度）的情况下，设一组
较集中的频率分别测相（保测程），然后由各自△Ni 组合
得精测尺u1的总波数N1+△N1。
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控制测量学
欲使某相位测距仪的测程达到10km,测距精度达到1mm，问需多 少个测尺？它们的频率分别为多少？
u0 10cm u1 10m u2 1000m
N1 0.162 N1 0.862 N2 0.679
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优缺点：这种方式直观简单， 由于频率分散，高频、低频常 D 678.6162m 差别几个数量级，使得放大器 和调制器难有相同增益和相移 稳定性。若增大测程，振荡器 需设置过多，增大制造难度， 1远0 程仪器选择另一种控方制式测。量学
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相位法测距的基本原理
相位法 2
N 2
N 2
D vt 1 c 1 c c 2 2 2 2f 4f
D
c
4f
2N
c 2f
N
2
2
N
N
D u(N N ) 测尺：多义性
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相位法测距的基本原理
测尺放大系数
N1 N1 kN2
取10或100,采 用多级频率的
N1为正整数，ΔN1为小于1的小数，该式 两边的整数部份和小数部份应分别相等
直接测尺进制 可逐级扩大到
N1
k
N
的整数部份
2
设计的测程。
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N1
k
N
的小数部份
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例：u1=10m, u2=1000m, k=100,