控制测量学课件第6讲分解.ppt

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1、第6讲第4章电磁波测距仪及其距离测量ABD4.1光电测距原理测定光波在AB之间传播的时间t，根据光波在大气中的传播速度c，计算距离D：图4.1（4-9）4.2.1按测程分类1.短程光电测距仪：测程在3km以内;2.中程光电测距仪：测程在3～15km左右;3.远程激光测距仪：测程在15km以上。4.2.2按测距信号分类1.激光测距仪，主要用于长程测距仪；2.红外测距仪，用于中短程测距仪；4.2电磁波测距仪分类4.2电磁波测距仪分类4.2.3按测距原理分类1.脉冲法测距：直接测定电磁波信号传播时间,较多地激光雷达、微波雷达等远距离测距上。2.相位法测距:通过测量光信号往返传播所产生

2、的相位差间接的测定电磁波信号传播时间，多用于精密测距。4.3脉冲法测距基本原理及应用测距仪中脉冲发生器发射一束光脉冲，其中一部分作为参考脉冲直接由仪器内部进入接收光电器件；其余光脉冲信号经过照准目标反射镜反射，作为回波脉冲也进入接收光电器件。测量参考脉冲同反射脉冲相继到达接受光电器件的时间相隔t，即可求出距离测量d。测量时间间隔的原理是:①.时标脉冲振荡器不断地产生间隔相同的脉冲信号；.测距瞬间参考脉冲打开电子门，使时标脉冲进入时标脉冲计数系统；.测距仪接收到回波脉冲信号，关闭电子门，时标脉冲计数系统停止计数；④.计数器统计的时标脉冲数乘以一个时标脉冲间隔电磁波传播距离，就

3、是所测距离的二倍。4.3脉冲法测距基本原理及应用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图4.24.3脉冲法测距基本原理及应用脉冲式测距直接测量信号传播时间，由于电磁波信号以光速传播，设测量精度要求达到1cm，则时间间隔测量精度就要达到秒。这是很困难的，因而脉冲法测距主要用于长距离测距。由于GPS技术成为控制测量的首选技术手段，长距离测距仪应用价值不大，载波相位法因为测距精度高，成为测量仪器采用的主要测距方法。目前的脉冲式测距仪，一般用固体激光器发射出高频率的光脉冲，因而这类仪器可以不用反射棱镜，而是直接用被测目标对光脉冲产生的漫反射进行测距。在一些对测距精度要

4、求不是太高的工程应用中（地形测量等），当测量地点难以到达时，这类仪器具有其它方法不可替代的独特优势。4.4相位法测距基本原理及应用实质:利用测定光波在传播过程中的相位移φ,间接测定传播时间,实现距离的测量。图4.34.4相位法测距基本原理及应用相位式测距仪是通过测相电路测定调制光往返传播产生的相位差，乘以一个完整的相位对应的波长，求得待测距离。相位式测距仪的基本工作原理可用图4.3来说明。由光源发出的光经过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光射向反射棱镜，经反射棱镜反射回来被接收器接收。由于电磁波中一点的相位在传播过程中保持不变，所以通过相位计将反射信号的相位与光源处连续变

5、化的相位比较，就可测定调制光由发射到接受这段时间内光源处的相位变化值。由图4.3可见，调制光全程的相位变化值为：式(3-3)中，N为相位变化值中的整周期数，是不足一周的小数部分。设λ为调制光的波长，，则所测距离为式（3-4）称为相位法测距的基本公式，这种测距方法实际上相当于用一把长度为测尺λ／2来丈量所测距离。这一“尺子”称为测尺，令u=λ／2，则u称为尺长。4.4相位法测距基本原理及应用(4-18)4.4相位法测距基本原理及应用在相位式测距仪中，相位计只能测定∆N，而不能测得N，因此距离d具有多值性而不能确定。为了测定距离，可以选择较长的测尺，即选择较低的调制频率。根据u=λ

6、/2=c/2f，可以计算出测尺长度与相应的调制波频率的关系，如表4.1所示。由于测相误差一般为（周），所以测尺越长意味着测距精度越低，因此不能为了增加测程而简单地扩大尺长。实践中解决这个问题的方法是，用一组测尺组合来完成测距，以短测尺测定距离的尾数，以长测尺测定大数，就如同时钟中的时针、分针、秒针组合一样，既保证了精度，又解决了多值性的问题。4.4相位法测距基本原理及应用当所测距仪较长时,需要多个测尺共同测距。如精测尺和粗测尺频率相差较大，在技术上难以实现各个测尺频率具有相同的增益和稳定性。、实践中根据以两个频率f1、f2测量同一距离的相位差（φ1－φ2），就等于用其差频（f1

7、－f2）测量距离时的相位差的原理，利用f1、f2测量结果，来间接求出其差频的测量结果。4.4相位法测距基本原理及应用4.5干涉法测距基本原理干涉法测距本质上也是相位法测距，但是使用的测距信号不是经过调制的电磁波信号，并且测距需要反射镜沿测线方向移动。未经调制的光波波长很短，理论上测距精度很高，所以干涉法测距主要用于科学研究和工业测量，在控制测量领域未见应用报道。4.6光波（电磁波）测距仪的合作目标测距仪的合作目标就是指反射棱镜。反射棱镜由光学玻璃制作，形状是四面锥体，其中三个互相垂直的面镀银