《电磁波测距》PPT课件

重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系1重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系21、电磁波测距基本原理公式、电磁波测距基本原理公式 DCtD221ABD出射光入射光重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系3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。达测距。tDcmm21smc81033Dmmm 要求smt11102DCtD221810一般只能达到重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系4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重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系52、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“运运输工具输工具”（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频（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播时间t，进而求得待测距离，进而求得待测距离D。调制波的调制频率调制波的调制频率f f2角频率角频率周期周期T fccT 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，则调制波的传播时间时间t为：为：ft2fcD4重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系6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：)(2)2(22NNNN2N)(2)(2NNNNfcD22fcufcD4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“测尺测尺”去量测去量测距离，量了距离，量了N N个个整尺段加上不足整尺段加上不足一个一个u u的长度就的长度就是所测距离。是所测距离。()Du NN重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系7N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和整周和整周数数N，这就使距离产生多值性，如能解出，这就使距离产生多值性，如能解出N，距离，距离D就成为单值解。就成为单值解。()Du NN 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，例如用一个频率测得，它可以是尾数都是的若干个大数不同的距离。这好比担任量距的率测得，它可以是尾数都是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易见，一个频率的测量只能得到余长而解不出N。如果选择如果选择“测尺测尺”（或（或频率）大于待测距离频率）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。但由于测相精度只能达到度只能达到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，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。度和测程就不可能兼顾。重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系8 为解决扩大测程和提高精度的矛盾，既得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程，相位式测距仪一般采用一组“测尺测尺”共同测距，即用精测频率测定余长以保证共同测距，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，从而解决而保证测程，从而解决“多值性多值性”问题。问题。重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系9)(111NNuD22222)(NuNNuD（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：211NkNNN1为正整数，为正整数，N1为小于为小于1的小数，该式的小数，该式两边的整数部份和小数部份应分别相等两边的整数部份和小数部份应分别相等12Nk N 的整数部份12Nk N的小数部份例：例：u1=10m,u2=1000m,k=100,698.01N387.02N3821的整数部份NkNmNNuD98.386)(11121uku测尺放大系数测尺放大系数重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系103、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的方法的方法相位式测距仪脉冲式测距仪按载波按载波微波测距仪微波红外测距仪激光测距仪光波,公里以下短程数公里至十多公里中程几十公里长程3按测程按测程重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系11按载波数按载波数,单载波可见光 红外光 微波双载波可见光与可见光 可见光与红外光三载波可见光可见光和微波 可见光红外光微波按反射目标按反射目标非同频载波应答机同频载波应答机有源反射器角反射镜平面反射镜合作目标非合作目标漫反射目标,)(重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系12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)Dma b D DmDmDm重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系13 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）说明：由于现在测距仪的性能和自动化程度不同，测距说明：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。观测时只需在仪器中直接输入有关数值或改正值即可。重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系141、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K012DDKKDK（2）乘常数）乘常数重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系15用六段解析法测定加常数用六段解析法测定加常数 nKdKdKdKdKDnin121)()()(11ndDKnidKmnnm2)1(10.5Kdmm一般要求0.5Kdmm取得一般取得一般取n=6（段）（段）重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系162、气象改正、气象改正nD 这是电磁波测距最重要的改正，因为电磁波在大气中传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。叫气象改正。DtePDn61016.27302.1591.1052.28261016.27302.1516.27391.1051tetPn重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系17。表格等工具计算改正数得的气象参数借助辅助个点上测改正数。也可以根据几数，自动对所测距离加的气象参器，可自动感知测站上现在多数仪器带有传感重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系18KnfcnfcND22222222224KfncDmmDfmnmcmm22Agmm)(DBAmD重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系192、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，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。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，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。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。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。每台仪器出厂时的标准精度也是外部符合精度。重庆交通大学土木建筑学院测绘系重庆交通大学土木建筑学院测绘系20