控制測量學課件第11講

第十一講控制測量學第四章電磁波測距儀及其距離測量4.1電光調(diào)制和光電轉(zhuǎn)換（了解）4.2電磁波測距儀分類（掌握）4.3脈沖法測距的基本原理及應用（了解）

4.4相位法測距的基本原理及應用（掌握）4.5干涉法測距的基本原理（了解）4.6光波測距儀的合作目標（了解）4.7光波測距儀的檢驗（掌握）第四章電磁波測距儀及其距離測量4.8電磁波在大氣中的傳播（了解）4.9測距成果的歸算（掌握）4.10光波測距的誤差來源及精度估計（掌握）

4.11微波測距概要（了解）

4.12多波測距的理論基礎（了解）

建立高精度平面控制網(wǎng)時需要進行精密距離測量。當前，主要采用全站儀進行距離測量。第四章電磁波測距

本章主要討論光電測距儀的基本原理；電磁波測距儀的誤差來源及其影響；地面距離觀測值如何歸算到橢球面上。目的是解決平面控制網(wǎng)的水平距離觀測問題。思考題鋼尺量距和視距法量距的相對精度大概是多少？光電測距是以光波作為載波，通過測定光電波在測線兩端點間往返傳播的時間來測量距離。與傳統(tǒng)的鋼尺量距相比，具有測程遠、精度高、作業(yè)速度快和受地形限制少等特點?；驹砉怆姕y距，即是以光和電子技術測量距離?；蛘哒f，以光和電子測量距離的技術。光束速度c經(jīng)過了二倍的距離，即2D；同時，測距儀測出光束從發(fā)射到接收期間的時間t2D

。根據(jù)速度乘以時間得路程的原理，便可知：2D=c×t2D，相位法、脈沖法ABD光電測距原理

通過測定光波在AB之間傳播的時間t，根據(jù)光波在大氣中的傳播速度c，按下式計算距離D：

短程光電測距儀：測程在3km以內(nèi)，測距精度一般在lcm左右。

中程光電測距儀：測程在3～15km左右的儀器稱為中程光電測距儀，這類儀器適用于二、三、四等控制網(wǎng)的邊長測量。

光電測距儀按儀器測程分類：遠程激光測距儀：測程在15km以上的光電測距儀，能滿足國家一、二等控制網(wǎng)的邊長測量。測距儀的分類按光源可分為激光測距儀和紅外測距儀。（1）激光測距儀，主要用于長程測距儀；（2）紅外測距儀，用于中短程測距儀；可見光、無線電波、微波脈沖式光電測距儀1脈沖法：直接測定時間。

D＝ct/2式中c：光信號在大氣中的傳播速度用于激光雷達、微波雷達等遠距離測距上。相位式光電測距儀通過測量光信號往返傳播所產(chǎn)生的相位移來間接的測定時間，多用于精密測距。相位式光電測距儀實質(zhì):利用測定光波的相位移代替測定t2D實現(xiàn)距離的測量。1．距離D與相位移的關系：相位式光電測距儀=2π(N+ΔN)D=u×(N+ΔN)u稱為測尺，N稱為整尺段，ΔN稱為尾尺段。組合測距過程：D=u×ΔN1)設測尺。相位法按上式采用多測尺組合測距過程如采用u1、u2，一般地設f1≈15MHZ，精測尺u1=10m，

f2≈150kHZ，粗測尺u2=1000m。相位式光電測距儀相位式光電測距儀D=u×ΔN(1)以u1測量距離得ΔN1。例如ΔN1=0.8654，把ΔN1及u1代入可得D1=8.654m。(2)以u2測量距離得ΔN2。例如ΔN2=0.9875，把ΔN2及u2代入得D2=987.5m。(3)組合完整的距離值。將u1、u2測量距離值組合為完整的距離值，如圖，其中的7.5不顯示，則組合的距離值是988.654m。相位式測距儀求距的基本公式和基本原理N值確定的方法？基本公式及原理是：利用電磁波中某一點的相位在傳播過程中不變的特點，將接收到的信號與測距儀處相位連續(xù)變化的基準信號都轉(zhuǎn)換成測距信號，然后通過測相器進行對比測定相位差。設測定光波調(diào)制波在傳播期間的相位值變化為（N+）周，其中N是整周數(shù)，是不足一周的小數(shù)部分，已知波長為，則S＝（N+）／2。相位法測距的問題在于測相器只能測定不足一周的小數(shù)部分，整周數(shù)不能測定。解決的方法是采用多個波長不同調(diào)制波分別測距，波長較長的調(diào)制波用來測定大數(shù)，稱為粗測；波長較短的電磁波用來測定尾數(shù)，稱為精測。就像時鐘的時針、分針、秒針一樣，通過各波長電磁波結(jié)合來確定所測距離。相位式光電測距儀的基本公式測尺頻率的選擇直接測尺頻率方式：直接使用各測尺頻率的測量結(jié)果組合成待測距離的方式，。間接測尺頻率方式：用差頻作為測尺頻率進行測距的方式。測尺頻率的確定：一般將用于決定儀器測距精度的測尺頻率稱精測尺頻率；而將用于擴展測程的測尺頻率稱為粗測尺頻率。相位式光電測距儀的工作原理

相位式光電測距儀的工作原理相位式光電測距儀主要部件的工作原理

光源相位式測距儀的光源，主要有砷化鎵（GaAs）二極管和氦-氖（He-Ne）氣體激光器。前者一般用于短程測距儀中，后者用于中遠程測距儀中。調(diào)制器采用砷化鎵（GaAs）二極管發(fā)射紅外光的紅外測距儀，發(fā)射光強直接由注入電流調(diào)制，發(fā)射一種紅外調(diào)制光，稱為直接調(diào)制，故不再需要專門的調(diào)制器。但是采用氦氖激光等作光源的相位式測距儀，必須采用一種調(diào)制器，其作用是將測距信號載在光波上，使發(fā)射光的振幅隨測距信號電壓而變化，成為一種調(diào)制光。棱鏡反射器在使用光電測距儀進行精密測距時，必須在測線的另一端安置一個反射器，使發(fā)射的調(diào)制光經(jīng)它反射后，被儀器接收器接收。光電轉(zhuǎn)換器件

在光電測距儀中，接收器的信號為光信號。為了將此信號送到相位器進行相位比較，必須把光信號變?yōu)殡娦盘枺瑢Υ艘捎霉怆娹D(zhuǎn)換器件來完成這項工作。用于測距儀的光電轉(zhuǎn)換器件通常有光電二極管，雪崩光電二極管和光電倍增管。差頻測相目前相位式測距儀都采用差頻測相，即，使高頻測距信號和高頻基準信號在進入比相前均與本振高頻信號進行差頻，成為測距和基準低頻信號。在比相時，由于低頻信號的頻率大幅度降低（如精測尺頻率為15MHz，混頻后低頻為4kHz時，降低了3750倍），周期相應擴大，即表象時間得到放大，這就大大地提高了測相精度。紅外測距儀的類型紅外測距儀，是以發(fā)射紅外光的光源裝備的光電測距儀。1.類型：按測程：短程測距儀，中程測距儀，遠程測距儀，超遠程測距儀。按基本功能的類型有：1)專用型：只用于測量距離。2)半站型：測距儀與光學經(jīng)緯儀組合在一起，稱為半站型儀器。3)全站型：測距儀與光電經(jīng)緯儀組合的儀器，或者測距儀與光電經(jīng)緯儀結(jié)合為一體化儀器，稱為全站型儀器，簡稱全站器。測距儀測距儀反射器反射器1)反射器的入射光線和反射光線的方向相反，且線徑互相平行。利于瞄準目標2)可以根據(jù)測程的長短增減棱鏡的個數(shù)。3)反射器有本身的規(guī)格參數(shù)。反射器與測距儀配合使用，不要隨意更換。光電測距儀操作與使用

（1）安置儀器

先在測站上安置好經(jīng)緯儀，對中、整平后，將測距儀主機安裝在經(jīng)緯儀支架上，用連接器固定螺絲鎖緊，將電池插入主機底部、扣緊。

在目標點安置反射棱鏡，對中、整平，并使鏡面朝向主機。

（2）觀測垂直角、氣溫和氣壓

用經(jīng)緯儀十字橫絲照準覘板中心，測出垂直角α。

同時，觀測和記錄溫度和氣壓計上的讀數(shù)。

觀測垂直角、氣溫和氣壓，目的是對測距儀測量出的斜距進行傾斜改正、溫度改正和氣壓改正，以得到正確的水平距離。

（3）測距準備

按電源開關鍵“PWR”開機，主機自檢并顯示原設定的溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)值，自檢通過后將顯示“good”。

若修正原設定值，可按“TPC”鍵后輸入溫度、氣壓值或棱鏡常數(shù)（一般通過“ENT”鍵和數(shù)字鍵逐個輸入）。

一般情況下，只要使用同一類的反光鏡，棱鏡常數(shù)不變，而溫度、氣壓每次觀測均可能不同，需要重新設定。

（4）距離測量

調(diào)節(jié)主機照準軸水平調(diào)整手輪（或經(jīng)緯儀水平微動螺旋）和主機俯仰微動螺旋，使測距儀望遠鏡精確瞄準棱鏡中心。

在顯示“good”狀態(tài)下，精確瞄準也可根據(jù)蜂鳴器聲音來判斷，信號越強聲音越大，上下左右微動測距儀，使蜂鳴器的聲音最大，便完成了精確瞄準，出現(xiàn)“*”。

精確瞄準后，按“MSR”鍵，主機將測定并顯示經(jīng)溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)改正后的斜距。

斜距到平距的改算，一般在現(xiàn)場用測距儀進行，