第四章电磁波测距精选文档.ppt
第四章电磁波测距2007.5.92007.5.9本讲稿第一页，共二十页2007.5.92007.5.9一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理1、电磁波测距基本原理公式、电磁波测距基本原理公式 ABD本讲稿第二页，共二十页2007.5.92007.5.9一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理测定测定t方法有方法有直接测时：脉冲式测距仪直接测时：脉冲式测距仪 间接测时：相位式测距仪间接测时：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，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。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。本讲稿第三页，共二十页2007.5.92007.5.9计数显示电子门时标脉冲触发器脉冲发射脉冲接收反射器DBA光电脉冲法测距原理光电脉冲法测距原理一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第四页，共二十页2007.5.92007.5.92、相位式测距原理公式、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（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，进而求得待测距离离D。调制波的调制频率调制波的调制频率f 角频率角频率周期周期T 波长波长 设调制波在距离设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为往返一次产生的相位变化为 调制信号一个周期相位变化为调制信号一个周期相位变化为2，则调制波的传播时间，则调制波的传播时间t为：为：一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第五页，共二十页2007.5.92007.5.9设调制信号为正弦信号，设调制信号为正弦信号，包含包含2的整倍数的整倍数N2，和不足，和不足2的尾数部分的尾数部分，即：，即：单位长，单位长，“测尺测尺”，“电子尺电子尺”相位式测距仪是相位式测距仪是用长度为用长度为u u的的“测测尺尺”去量测距离，去量测距离，量了量了N N个整尺段加个整尺段加上不足一个上不足一个u u的长的长度就是所测距离。度就是所测距离。一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第六页，共二十页2007.5.92007.5.9N值解算的一般原理：值解算的一般原理：在上式中在上式中u=/2是已知的，是已知的，N可测出（测相器只能测定余长可测出（测相器只能测定余长uN，而不能测出整周数，而不能测出整周数N）但仍有两个未知数，即待测距离）但仍有两个未知数，即待测距离D和整周数和整周数N，这就使，这就使距离产生多值性，如能解出距离产生多值性，如能解出N，距离，距离D就成为单值解。就成为单值解。由于测相器只能测定余长由于测相器只能测定余长uN，而不能测出整周数，而不能测出整周数N，例如用一个频率测得，例如用一个频率测得2.578m，它可以是尾数都是，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余长而解不出N。如果选择如果选择“测尺测尺”（或频率）大于待测距离（或频率）大于待测距离，则上式变成，则上式变成D=uN,这可解出距离这可解出距离D。但由于测相精度只能达到。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，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。得距离的单值解，则精度和测程就不可能兼顾。一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第七页，共二十页2007.5.92007.5.9为解决扩大测程和提高精度的矛盾，既得到距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式测距仪一般采用一组“测尺测尺”共同测距，即共同测距，即用精测频率测定余长以保证精度，设置多级频用精测频率测定余长以保证精度，设置多级频率（粗测频率）来解算率（粗测频率）来解算N而保证测程，从而解而保证测程，从而解决决“多值性多值性”问题。问题。一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第八页，共二十页2007.5.92007.5.9（限制所测距离（限制所测距离D小于小于u2）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：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：N1为正整数，为正整数，N1为小于为小于1的小数，该式两边的小数，该式两边的整数部份和小数部份应分别相等的整数部份和小数部份应分别相等例：例：u1=10m,u2=1000m,k=100,测尺放大系数测尺放大系数一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第九页，共二十页2007.5.92007.5.93、测距仪的分类和分级、测距仪的分类和分级按测定按测定t t的方法的方法按载波按载波按测程按测程一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第十页，共二十页2007.5.92007.5.9按载波数按载波数按反射目标按反射目标一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第十一页，共二十页2007.5.92007.5.9分级分级 1999年年城市测量规范城市测量规范规定，按规定，按1km测距中误差测距中误差(即即 ，当，当D=1km时时)划分为两级：划分为两级：I级：级：5mm;II级：级：5mm 10mm。级：级：10mm 20mm。a-固定误差固定误差(mm),b-比例误差系数比例误差系数(mm/km)，D-测距边长度测距边长度(km)一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理本讲稿第十二页，共二十页2007.5.92007.5.9第一类仪器本身所造成的改正：加常数第一类仪器本身所造成的改正：加常数 置平置平 乘常数（频率）乘常数（频率）周期误差周期误差第二类大气折光而引起的改正：气象第二类大气折光而引起的改正：气象 波道弯曲波道弯曲第三类归算方面的改正：倾斜和投影到椭球面上（下册）第三类归算方面的改正：倾斜和投影到椭球面上（下册）二、距离观测值的改正二、距离观测值的改正说明：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。中直接输入有关数值或改正值即可。本讲稿第十三页，共二十页2007.5.92007.5.91、仪器常数的测定、仪器常数的测定 什么是仪器常数？什么是仪器常数？加常数加常数Kn n测距仪的机械中心与调制波发射和接测距仪的机械中心与调制波发射和接测距仪的机械中心与调制波发射和接测距仪的机械中心与调制波发射和接收的等效面不一致；测距仪的机械中心收的等效面不一致；测距仪的机械中心收的等效面不一致；测距仪的机械中心收的等效面不一致；测距仪的机械中心与内光路等效面不一致使仪器产生（与与内光路等效面不一致使仪器产生（与与内光路等效面不一致使仪器产生（与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。所测距离长短无关的）加常数。所测距离长短无关的）加常数。所测距离长短无关的）加常数。（2）乘常数）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。是乘常数。是乘常数。是乘常数。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。以经检定求得。以经检定求得。以经检定求得。二、距离观测值的改正二、距离观测值的改正本讲稿第十四页，共二十页2007.5.92007.5.9用六段解析法测定加常数用六段解析法测定加常数 得得n=6.5一般取一般取n=6（段）（段）二、距离观测值的改正二、距离观测值的改正本讲稿第十五页，共二十页2007.5.92007.5.92、气象改正、气象改正 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。气压、气温、湿度有关，因此习惯叫气象改正。二、距离观测值的改正二、距离观测值的改正本讲稿第十六页，共二十页2007.5.92007.5.9二、距离观测值的改正二、距离观测值的改正本讲稿第十七页，共二十页2007.5.92007.5.9三、光电恻距的误差来源三、光电恻距的误差来源本讲稿第十八页，共二十页2007.5.92007.5.92、测距精度估计、测距精度估计衡量仪器的测距精度，一是仪器的内部符合精度，二是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。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。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。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。每台仪器出厂时的标准精度也是外部符合精度。本讲稿第十九页，共二十页2007.5.92007.5.9本讲稿第二十页，共二十页
