[工学]4距离测量和直线定向

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1、第四章距离测量和直线定向•学习目标：学习光电测距、尺子量距和光学测距三种距离测量原理与方法，在掌握现代光电测距技术原理与方法基础上，掌握钢尺量距、光学视距基本方法。第一节光学测距原理与方法•一、概述•1.基本原理：根据几何光学原理，应用三角定理进行测距的技术。•余切定理可知A、B二点的距离D为•2.光学测距方式：光学测距的方式依角度和尺长的测量方法不同而异。•二、视距法测量距离•视距法测距是利用测量仪器望远镜十字丝的上、下丝获得尺子刻划读数M、N，从而实现距离测量技术。3.平视距测量方法：•1)经纬仪望远镜视准轴处于水平状态瞄准直立的尺子(如木制标尺

2、)；•2)利用望远镜读取上、下丝所截的尺面上刻划值M、N(l上、l下)；•3)按计算距离D。•l=N-M=l下-l上•D=100´l4.斜视距测量平距计算公式•A点安置经纬仪，B立尺；•测竖直角为a，•读数为M、N(l上、l下)，•计算：•DAB=100(l上-l下)×cos2α第二节距离丈量•一、概述•传统上所谓的尺子量距方法。•钢尺量距基本工作：定线、丈量、计算。•钢尺量距方法：•一般量距方法、精密量距方法。二、钢尺一般丈量法•1.准备工作：•1)主要工具：钢尺、垂球、测钎、标杆等。钢尺完好，刻划清楚。•2)工作人员组成：主要工作人员是拉尺、读数

3、、记录共2--3人。•3)场地：比较平坦，已定线，并插有测钎。•2.丈量工作：•1)往测：从A丈量至B，逐段丈量整尺段n，尺段长为lo；最后丈量零尺段长q。长度为D往；•2)返测：从B丈量至A，返测全长长度为D返。•3.计算与检核：•1)计算D往=nlo往+q往•D返=nlo返+q返•2)检核ΔD=D往-D返•三、精密量距方法•1.准备工作：•1)工具：钢尺、弹簧秤、温度计等。检验钢尺，且有尺长方程式。•l=lo+Δlo+a(t-to)lo•2)人员：主要5人。•3)场地：(1)经整理便于丈量；(2)定线后的分段点设有精确的标志2.精密量距。一尺段丈

4、量方法：•1)拉尺。拉尺员拉挂有弹簧秤的钢尺，拉力指示为100N(30米)，钢尺面刻划与分段点标志对齐。•2)读数。二位读数员依次读取分段点标志横线所对的钢尺刻划值。前端读数员读至cm，后端读数员读至0.5mm，如前端读数l前=29.9800m，后端读数l后=75.5mm。•3)记录。记录l前、l后，计算尺段丈量值l’=l前-l后。•4)重复丈量。按步骤1)、2)、3)重复丈量和记录，计算获得l”、l”’。•5)检核。Δl容=±2～3mm。•6)记录温度t，抄录尺段高差h。3.计算：•1)二项改化计算:•(1)各尺段尺长改正数Δli计算：•(2)各尺

5、段温度改正数计算：•二项改正后的尺段长为•2)平距化算：•2)计算与检核：第三节红外测距•光电测距，即是以光和电子技术测量距离。或者说，以光和电子测量距离的技术。•光束速度c经过了二倍的距离，即2D；同时，测距仪测出光束从发射到接收期间的时间t2D。根据速度乘以时间得路程的原理，便可知，2D=c×t2D，•实现式(3-1)的基本条件：t2D的测定，相位法、脉冲法二、相位法测距原理•实质:利用测定光波的相位移代替测定t2D实现距离的测量。•1．光的调制：•使发射的光束成为一种光强度有规律明暗变化的调制光波。A-B-A•2．距离D与相位移的关系：3.测尺

6、和尺段：•j=2π(N+ΔN)•D=u×(N+ΔN)•u称为测尺，N称为整尺段，ΔN称为尾尺段。•4.组合测距过程：D=u×ΔN•1)设测尺。相位法按上式采用多测尺组合测距过程。如采用u1、u2，•一般地设f1≈15MHZ，精测尺u1=10m，•f2≈150kHZ，粗测尺u2=1000m。2)组合测距过程•D=u×ΔN•(1)以u1测量距离得ΔN1。例如ΔN1=0.8654，把ΔN1及u1代入式(3-9)得D1=8.654m。•(2)以u2测量距离得ΔN2。例如ΔN2=0.9875，把ΔN2及u2代入式(3-9)得D2=987.5m。•(3)组合完整

7、的距离值。将u1、u2测量距离值组合为完整的距离值，如图，其中的7.5不显示，则组合的距离值是988.654m。三、相位法测距仪的基本结构•1.调制信号发生器：发出调制信号对光源进行调制；同时发出参考信号er给测相装置。•2.光源：一般采用砷化镓发光二极管(GaAs，红外光)，直接受调制信号控制发射调制光波(频率为f)。•3.接收装置：接收反射回测距仪的调制光波，把接收的光转换为电信号em，该信号提供给测相装置。•4.测相装置：在测相装置通过对电信号em、参考信号er进行相位比较测定N和ΔN，在处理方法上利用自动数字测相电子电路技术把相位移j转换成距

8、离D直接显示出来。•5.反射器：精密测距的合作目标。•6.电源红外测距仪及其使用•一、红外测距仪的类型•红外