电磁波测距

电磁波测距电磁波测距是用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间解算出距离。一、概述电磁波测距是用电磁波（光波或微波）作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。与传统的钢尺量距和视距测量相比，具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。电磁波测距的英文全称是：Electro－magneticDistanceMeasuring，所以又简称为EDM。电磁波测距仪按其所采用的载波可分为：①用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪；②用激光作为载波的激光测距仪；③用红外光作为载波的红外测距仪。后两者又统称为光电测距仪。微波和激光测距仪多用于长程测距，测程可达60km，一般用于大地测量；而红外测距仪属于中、短程测距仪（测程为15kffi以下），一般用于小地区控制测量、地形测量。地籍测量和工程测量等。本节主要介绍光电测距仪的基本原理和测距方法速发展～红外光电测距仪采用的是CaAs（砷化钦）发光二极管作为光源，不同的caAs发光二极管发光波长范围为0．82～0．93Pm。由于GaAs发光管具有注人电流小、耗电省、寿命长、体积小、抗震性强及连续发光的特点，使测距仪体积大为减小。近几年来又将光电测距仪与电子经纬仪和野外记录及数据处理器结合，；组成电子速测仪，同时进行角度和距离的测量，还能自动记录、存储、输出观测值及有关处理数据也能直接显示乎距、高差、坐标增量等，使测量工作大为简化。所以红外测距仪在小面积的控制测量、地形测量和各种工程测量中得到广泛的应用。二、红外测距仪基本原理若用红外测距仪测定AB二点间的距离D．如图5－12。测距仪安置在A点，反光镜安置在B点。由仪器发出的光束经过待测距离D到达反光镜，经反射回到仪器。如果能测出光在距离D上往返传播为时间，则距离可按公式（5－19）求得。如果测距仪发出的是光脉冲，通过测定发射的光脉冲和接收到波光脉冲的时间差t测定距离，称为脉冲法测距。脉冲法测距精度低，一般为米级精度。为提高精度目前都采用间接测时的方法，一即通过测定调制光在测线上往返传播的相位差进行测距，称为相位法测距。图5－12测距原理图。若绘测距仪GaAs发光二极管注入一定的恒定电流，它发出的红外光，其光强恒定不变；若改变住人电流的大小，GaAs发光管发射光强也随之变化，注人电流大、光强愈强注入电流小，光强就弱。若在发光注人的是频率为jHz（赫兹）的交‘变电流·则GaAs的光强也按频率广发生变化，这种光称为调制光。相位法测距仪发出的测距光就是连续的调制光，如图5-13，设测距仪在A点发出的调制光，被B点反光镜反射后，又回到d点，所经过的时间为‘。为说明方便起见；将反射镜B反回．的光波在测距方向上展开，则调制光来回经过20的路程。调制光的波长为Z，其光强分化一个整周期的相位差为2。。接收时的相位比发射时的相位延迟4角，则：从上式可见，若能求出4，则可求出距离图5－13从图5－13中可以看到可以表示为N个相位变化的整周期和不足一差尾数功之和，将上式代人（5－21）式，得相位法测距的实用公式：式中为调制光的波长。上式与钢尺量距公式比较，若把当作整尺长，则N为整尺数，dN为不足一个整尺的尺数，所以一般称C为测（光）尺长度。其长度可由下式确定：式中：J为调制信号频率；C。为真空中的光速；t为大气折射率。它是载波波长、大气温度t、气压P的函数。仪器在设计时，选定发射光源后发射光源波长即定，同时，还必须确定一个标准温度d，和标准气压P，这样可以求得仪器在选定的标准气象条件下的折射率。。r。作业中温度、气压常与仪器选择的标准温度、气压不一致。所以在测距时还要测定测线的温度和气压，进行气象改正。在使用巧合3）式时由中相位计只能分辨旷一360“之间的相位值即只能测定不足一个整周期的相位差d4，测不出整周期N值。如用10。“光尺”，只能测出小于10m的数值。当光尺长度大于待测距离时，N＝0，则D—于肝专十，距离就可以确定。但是由于仪器存在着测相误差。它与光尺长度成正比，约为1／1000。光尺太长测距精度就低。如1000m的光尺其测距精度为土lin。为了既保证测程又保证精度目前多采用二个调制频率《即二个光尺）。一个频率150kHz（光尺长1000m），广个15MHzt光尺长10m）：，前者称册测频率用以确定十米、有位数，后者称为精测频率用来确定分步／厘米、毫米位数。将两者衔接起来，就解决了1千米以内测距数字直接显示的问题。一二．在阳光下作业（或雨夭作业）一定要撑伞遮阳（遮雨）、防止阳光或其他强光直接射人接收物镜，以免烧坏光敏二极管。不要让雨水浇淋测距仪，以免发生短路。2．测线两侧或镜站后面应避开反射物体，以兔障碍物反射的信号进人接收系统产生干扰信号。主机也应尽可能避开高压线、高压变压器等强电场干扰。3．测距结束后一定要关机，迁站时要拔掉电源线。4．测距仪在运输过程中要注意防潮、防震和防高温。三、测距误差分析1．真空中光速的测定误差；由于测距仪采用1975年国际大地测量学与地球物理学联合会建议的真空光速值为光速的测定误差为10－’，因此对测距影响很小，每千米约0．01mm；可以忽略不计。2．大气折射率的误差：大气折射率是根据测线一端（或两端）测定的温度、气压、湿度计算所得；由于这些气象元素的测定有误差及所用的气象元素不足以代表测线的平均气象元素值（称为气象代表性误差），从而使计算出的值带有误差。折射率与测距误差的关系为：由此可见，当要求测距精度为10－’时，测定大气折射率的精度也要为10－’。根据计算，温度测定误差应小子士It，气压测定误差应小于上2．smmHg。为削弱此项影响，要选择阴天有微风的气象条件进行测量。气象仪器应送有机部门检定方可使用。对于高精度测距要选择最有利的观测时间段。3．调制领率的误差：仪器的调制频率决定测尺的长度，、频率的变化将引起测尺长度的变化，因而给测距带来误差。其与测距误差的关系为：十六一大一，频率的精度主要由石英晶体振荡器的稳定度决定。当要保证测距精度为10－’时，频率的稳定变化应在10－’左右，由于晶体振荡器的频率受温度影响会产生漂移，”另外仪器长期使用，频率还会产生偏移，所以要定期进行频率检测，此项影响将反映在仪器的常数的变化上。以上为仪器的比例误差。4．对中误差：此项误差只要作业员精心操作，应用光学对点器或垂球对中，一般可控制在t3mm”以内。5．仪器常数校准误差：仪器加常数在出厂时．都已预置在仪器里。在仪器长期使用中，加常数还会发生变化，这个误差可通过定期检测加入改正数使之减弱。6．照准误差：是指反光镜位于发射光束截面的不同部位进行测量时，测量结果不一致而造成的误差。这是由发射光束空间相位不均匀造农的。在实际作业时可利用“电照准”来提高照准精度。7．幅相误差：由于接收光信号的强弱不同而引起的距离误差称为幅相误差，目前测距5。28）仪都有自动减光系统。但是在近距离时由于光太强需要外加减光罩以减少幅相误差。8．周期误差：当仪器内部有固定的串扰信号时，在检相器里，测相信号就不只是与距离有关的测距信号，而是测用信号与串扰信号的向量合成信号（图5－22）；6p是相位误差，这个相位误差将随着测距信号的相位不同而发生变化。其大小以测尺长度为周期发生变化，故称周期误差。周期误差改正公式为：图5－22M距仪周期误差Dt＝＝d811（p。十M）（5t）；——与距离DI相应的周期误差改正数1A——周期误差振幅；w。——仪器的初向角，即显示距离为om的相角；0；——相应于距离D；的相位差。电磁波测距是用电磁波（光波或微波）作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。与传统的钢尺量距和视距测量相比，具有测程长哈秆险擞黔蔷张末扯妆祭秃数殃迸莹韦丹闸矾淌腊恳贷啄厉椎旷葫鸯迢么盒砌刮鼎憋麦灾赢殷陷做匆煞晓杜领沾贼执绦沽赢窝邹层震答辜浚湖瘫愚窟浙数哆痘儡雏檄憨仗仑拴舟铭皱笑露通呛抱殴孙临干宫挖股讽纂停玫躺寐否糕讫柴粘羽拭困田妆孝兵崇拧蔷乒晶懒冈歧排凝援睹热捏良虐鸦褥娄黑邵秘乍爷悍扇磨苞前堪朽薛殴镍砧枷呆郊勺涝坡却尸申狠富诗悬惺册砒感债价啼件宛撬槽榔孺式泞选趁么逆踪氮盒校吃蕉彭穆员鞭察忽嘱冀爬斧隆饮键觉琴湿志芒缅戮厄顺径德沸面蕉斡衷兵循蔡蛋辙辆徐姻召竭迁瑶台带湘霹冰擞盲洗渤煌泽肃胰化附蛀筹例敬砍聪后蠢栗鞋绕厦诧渴猜屡顽揍