第四章 电磁波测距

重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*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重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*一、电磁波测距的基本原理1、电磁波测距基本原理公式重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*一、电磁波测距的基本原理测定t方法有①直接测时：脉冲式测距仪②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。重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*光电脉冲法测距原理一、电磁波测距的基本原理重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*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周期T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2π，则调制波的传播时间t为：一、电磁波测距的基本原理重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*设调制信号为正弦信号，包含2π的整倍数N2π，和不足2π的尾数部分ψ，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重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*N值解算的一般原理：在上式中u=λ/2是已知的，ΔN可测出（测相器只能测定余长uΔN，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uΔN，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=uΔN,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能兼顾。一、电磁波测距的基本原理重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>* 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重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*（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，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例：u1=10m,u2=1000m,k=100,测尺放大系数一、电磁波测距的基本原理重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*3、测距仪的分类和分级一、电磁波测距的基本原理重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*一、电磁波测距的基本原理重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*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。Ⅲ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重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>* 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（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。重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*1、仪器常数的测定什么是仪器常数？⑴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、距离观测值的改正重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*用六段解析法测定加常数得n=6.5一般取n=6（段）二、距离观测值的改正重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*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、距离观测值的改正重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*二、距离观测值的改正重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*三、光电恻距的误差来源重庆交通大学土木建筑学院测绘系<<控制测量学>>*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<<控制测量学>>*