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1、2007.5.9,1,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,2007.5.9,一、电磁波测距的基本原理,1、电磁波测距基本原理公式,2007.5.9,一、电磁波测距的基本原理,测定t方法有直接测时：脉冲式测距仪 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，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。,2007.5.9,光电脉冲法测距原理,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,2、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“运输工具”（称为载波），通过一个调制器使载
2、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,周期T,波长,设调制波在距离D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2，则调制波的传播时间t为：,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,设调制信号为正弦信号， 包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：,单位长，“测尺”，“电子尺”,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。,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,N值解算的一般原理：,在上式
3、中u=/2是已知的，N可测出（测相器只能测定余长 uN，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uN，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=uN,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
4、能兼顾。,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,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。,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,（限制所测距离D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：,N1为正整数，N1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,例：u1=10m, u2=1000m, k=100,测尺放大系数,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,3、测距仪
5、的分类和分级,按测定t的方法,按载波,按测程,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,按载波数,按反射目标,一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,分级 1999年城市测量规范规定，按1km测距中误差(即 ，当D=1km时)划分为两级： I级： 5mm; II级：5mm 10mm。 级：10mm 20mm。 a-固定误差(mm), b-比例误差系数(mm/km)， D-测距边长度(km),一、电磁波测距的基本原理,2007.5.9,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 第三类归算方面的改正：倾斜和投影到椭球面上（
6、下册）,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。,2007.5.9,1、仪器常数的测定,什么是仪器常数？,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。,（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。 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。,二、距离观测值的改正,2007.5.9,用六段解析法测
7、定加常数,得n=6.5一般取n=6（段）,二、距离观测值的改正,2007.5.9,2、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。,二、距离观测值的改正,2007.5.9,二、距离观测值的改正,2007.5.9,三、光电恻距的误差来源,2007.5.9,2、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。,2007.5.9,