光电测距仪周期误差分析

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1、光电测距仪周期误差分析光电测距仪周期误差分析汤清伟,(湖南省测绘产品质童监资检验授权站湖南长沙41004)ThePeriodicErrorofPhotoelectrieMeasuringInstrumentAnalysisTANGqing一wei,、、摘要:光电测距仪周期误差的正弦特性并不明显对其原因本文从仪器结构周期误差检定处理,,。实例等方面加以剖析指出现行处理方式的不足提出运用多次迭加法的合理解决方法关:;;;;健词周期误差调制信号谐波迭加误差曲线、一前育,,光电测距仪器在测量工作中已被广泛使用这是人们利用电磁波在空

2、气中传播速度为已知的特性通过检定电磁波在被测距离上往返传播的时间来求得距离值。目前其测距方法主要有相位法、脉冲法、,,,变频法等多种而其中精度较高使用得较多的是相位法即采用测定调制光波的测距信号与参考信号,。,之间相位差间接得出距离值所谓调制光波是由于无法精确测定测距仪器发射光波的高频位因而在。调n,光波中加人调制信号得来的制信号为正弦信号Eis以在加人该正弦信号后仪器发射光波随调制,。,信号变化包络线以。为角频率呈正弦变化(如图1)无论现在仪器精度如何提高在仪器发射光中加。而调制光波像其它光波一样在传播过程中会受到其它人

3、调制信号的技术却没变(内部和外部)电磁波,,,的干扰在不考虑外部影响时同一台仪器在某一时间段其调制光波受到的内部干扰具有周期性周期误差是指以仪器检测尺长为周期重复出现的误差。无论光电测距仪器目前状态是新制、修理后还是正,`,,在使用中的〔〕应作周期误差周期误差是必检项目当周期误差振幅大于测距中误差绝对值的涯倍时,。改正2j[可见检定周期误差对光电测距仪的重要性包络线{八。L}}/}光波调制信号调制光波图1,,,但是运用现行检定处理方法无论是仪器检定部门还是仪器使用者对周期误差分布与拟合曲线,:不符均提出两者离散度过大的疑问

4、事实也的确如此采用正弦曲线拟合的方法实际上是与仪器本身周期误差规律不相符合的。、二周期误差并非正弦变化:周期误差并非呈正弦波动这个观点至少可以从以下三点得到证明1.仪器结构文献s[]指出仪器的周期误差主要来源于仪器内部光、电的同频信号串扰,发射的信号通过诸如电子427全国测绘科技信息网中南分网第二十一次学术信息交流会开关、电源线、混频器、空间藕合等渠道串到接收部分,从而形成一个固定不变的串扰信号,使得仪器测,因而测。定的是串扰信号和测距信号的合成信号与参考信号的相位差距结果中出现了周期误差我们,、,,认为由于光电测距仪器内

5、部包含了许多电路光路系统调制信号不仅是只受同频信号的串扰还受到,,高频信号尤其是同频信号附近的高频信号串扰也就是说调制信号并非呈正弦变化它的组成成份包括调、、。:制信号本身同频串扰信号高频串扰信号三个部分通过一个小实验很容易证明这个观点先向水,,、,池中投人一个小石子然后投人一个大石子小石子和大石子产生的水的波动振幅频率不会相等然,,,而两个波动肯定会相互影响电磁波的干扰也是同样的道理不会只局限于同频率的电磁波之间的相,。互干扰来自仪器内部光电系统产生的不同振幅不同频率的电磁波同样会对调制信号产生干扰2.周期误差检定处理中

6、遇到的问题,一”通常是采用平台法检测周期误差即在平直度优于sxlo的长方形平台放置一根经过检定的锢,,一5,钢尺其长度大于受检仪器的精测尺长锢钢尺长准确度优于Zxlo最小分划小于等于仪器精测尺,,,长的1/40将钢尺一端固定另一端悬挂与该尺检定时拉力一致的重锤仪器墩或脚架设在距平台30m`,,左右处的同一方向线上(仪器光轴与钢尺方向夹角不超过20)高差应小于Zmm为了消除外界因素对,。,,检定数据的影响检测工作一般在室内进行在上述条件下将仪器与反射棱镜分别整平对中棱镜对点误差小于0.Zmm,在平台上由近到远每隔1/40(或

7、1/20)倍仪器精测尺长依次测完该仪器整精测尺,,。,,长然后由远到近返测取往返测量平均值作为相应各点的距离观测值不难看出在检定过程中已将对点误差、钢尺误差、平台误差、气象条件等影响考虑进去,然而,其后展绘的因周期误差产生的测距误,,。差却很少呈正弦形态分布(粗略统计不足10%)误差曲线却要求按正弦曲线绘制这就应该引起重视,,目前解决问题的立足点是基于调制信号仅受同频信号串扰之上的受到影响的调制信号仍是正弦信号对周期误差也就按正弦波动处理。在充分降低其它误差的影响程度后,误差曲线与实际误差之间的相,:没。关性不强我们认为其

8、根本原因是有考虑调制信号因受到高频信号串扰而应作多次迭加3.实例`,某台光电测距仪器在周期误差检定过程中往返测得各段距离观测值如表1中D因仪器周期误差1,,,,n,n产生的测距误差为1各段改正数为iVU为仪器精测尺长例中U一10m为观测距离一般地-,,,,20中为周期误差初相角A为周期误差振幅按正弦波动