第4章光电测距.ppt

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1、/29291 建立高精度平面控制网和进行电磁波测距三角高程时，需要进行建立高精度平面控制网和进行电磁波测距三角高程时，需要进行精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本章主精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本章主要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理；电磁波测距仪的误差来要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理；电磁波测距仪的误差来源及其影响；地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是解决平面源及其影响；地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是解决平面控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的斜距观测问控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的斜距

2、观测问题。题。/29292 习题习题/29293光电测距仪按仪器测程分类：光电测距仪按仪器测程分类：短程光电测距仪：测程在短程光电测距仪：测程在3km3km以内，测距精度一般在以内，测距精度一般在lcmlcm左右。如我左右。如我国的国的HGC-1HGC-1、DCH-2DCH-2、DCH-3DCH-3、DCH-05DCH-05等精度均可达等精度均可达(5mm+5(5mm+5 10 10-6-6)。中程光电测距仪：测程在中程光电测距仪：测程在3 315km15km左右的仪器称为中程光电测距仪左右的仪器称为中程光电测距仪，这类仪器适用于二、三、四等控制网的边长测量。如我国的，这类仪器适用于二、三、四

3、等控制网的边长测量。如我国的JCY-2JCY-2、DCS-1DCS-1，精度可达，精度可达（lOmm+1 lOmm+1 1010-6-6）。）。远程激光测距仪：测程在远程激光测距仪：测程在15km15km以上的光电测距仪，精度一般可达以上的光电测距仪，精度一般可达(5mm+1(5mm+11010-6-6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国研制成功的研制成功的JCY-3JCY-3型等。型等。/29294光电测距仪按测距精度分光电测距仪按测距精度分 每公里测距中误差每公里测距中误差 分分3 3级级 级级m mD D5mm,5mm,级级5mm

4、m5mm mD D10mm,10mm,级级10mm m10mm mD D20mm20mm。/29295相位式光电测距仪的基本公式相位式光电测距仪的基本公式)()2/(221NNLNfcctD式中：式中：测尺长度；测尺长度；整周数；整周数；不足一周的尾数不足一周的尾数 2/2/fcLN2/NN值测定原理值测定原理直接测尺频率方式：直接使用不同频率直接测尺频率方式：直接使用不同频率测尺测尺的测量结果组合成待测的测量结果组合成待测距离的方式，一般在仪器中设置距离的方式，一般在仪器中设置2 2个或个或3 3个固定不变的测距频率。个固定不变的测距频率。间接测尺频率方式：间接测尺频率方式：用差频作为测尺频

5、率进行测距的方式用差频作为测尺频率进行测距的方式 。测尺频率的确定：测尺频率的确定：一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。)2(122NftNftt/29296 对于采用直接测尺频率方式的测距仪，精测尺频率的确定，依对于采用直接测尺频率方式的测距仪，精测尺频率的确定，依据测相精度，主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要使据测相精度，主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要使确定的测尺长度便于计算。确定的测尺长度便于计算。例如我国的例如我国的

6、HGC-1HGC-1型及长征型及长征DCH-1DCH-1型红外测距仪，确定精测尺长型红外测距仪，确定精测尺长=10m=10m和粗测尺长和粗测尺长=1000m=1000m的精测尺频率和粗测尺频率。的精测尺频率和粗测尺频率。测尺频率可依下式确定：测尺频率可依下式确定：iiiiLcffcL11222例如例如 测量测量386.574m的距离，用精测尺测得的距离，用精测尺测得6.574m，用粗测尺测，用粗测尺测得得386.5m,组合得组合得386.574m。/29297 间接测尺频率的方式间接测尺频率的方式 直接测尺频率相差较大，测程越长，相差越悬殊，使直接测尺频率相差较大，测程越长，相差越悬殊，使电路

7、中放大器的增益和相对稳定性难于一致。远程测距采用一电路中放大器的增益和相对稳定性难于一致。远程测距采用一组数值相近的测尺频率，利用其差频作为粗测频率，间接确定组数值相近的测尺频率，利用其差频作为粗测频率，间接确定N N值。值。若用若用2 2个测尺频率个测尺频率f1f1和和f2f2测量同一距离测量同一距离D,D,设所得整周数和设所得整周数和不足一周的尾数分别为不足一周的尾数分别为N1N1、N1N1、N2N2、N2N2，则有：，则有：2221112221112222NNDcfNNDcfNNfcNNfcD返回本章目录两式相减并移项后得两式相减并移项后得2121212NNNNffcD/29298令（令

8、（f f1 1-f-f2 2)=f)=f1212,N,N1 1-N-N2 2=N=N1212,N N1 1-N N2 2=N N12,12,则上式变为：则上式变为：)(2121212NNfcD/29299相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理/292910相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光源光源 相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAsGaAs）二极管和氦）二极管和氦-氖氖（He-NeHe-Ne）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远

9、程测距仪中。远程测距仪中。调制器调制器 采用砷化镓（采用砷化镓（GaAsGaAs）二极管发射红外光的红外测距仪，发射光）二极管发射红外光的红外测距仪，发射光强直接由注入电流调制，发射一种红外调制光，称为直接调制，故强直接由注入电流调制，发射一种红外调制光，称为直接调制，故不再需要专门的调制器。但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距不再需要专门的调制器。但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距仪，必须采用一种调制器，其作用是将测距信号载在光波上，使发仪，必须采用一种调制器，其作用是将测距信号载在光波上，使发射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光。射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光。

10、棱镜反射器棱镜反射器 在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。/292911相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光电转换器件光电转换器件 在光电测距仪中，接收器的信号为光信号。为了将此信号送到在光电测距仪中，接收器的信号为光信号。为了将此信号送到相位器进行相位比较，必须把光信号变为电信号，对此要采用光电相位器进行相位比较，必须把光信号变为电信号，对此要采用光电转换器件来完

11、成这项工作。用于测距仪的光电转换器件通常有光电转换器件来完成这项工作。用于测距仪的光电转换器件通常有光电二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。差频测相差频测相 目前相位式测距仪都采用差频测相，即就是使高频测距信号和目前相位式测距仪都采用差频测相，即就是使高频测距信号和高频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频，成为测距高频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频，成为测距和基准低频信号。在比相时，由于低频信号的频率大幅度降低（如和基准低频信号。在比相时，由于低频信号的频率大幅度降低（如精测尺频率为精测尺频率为15MHz15MHz，混频后低频为，混频后

12、低频为4kHz4kHz时，降低了时，降低了37503750倍），周倍），周期相应扩大，即表象时间得到放大，这就大大地提高了测相精度。期相应扩大，即表象时间得到放大，这就大大地提高了测相精度。自动数字测相自动数字测相 随着集成电路和数字技术的发展，为测距仪向自动化和数字化随着集成电路和数字技术的发展，为测距仪向自动化和数字化方向发展提供了条件。目前许多中、短程测距仪几乎都采用自动数方向发展提供了条件。目前许多中、短程测距仪几乎都采用自动数字测相技术以及距离的数字显示。字测相技术以及距离的数字显示。返回本章目录/292912测距误差的主要来源测距误差的主要来源 ：222222222202240Rh

13、eKnfcSmmDhmmmnmfmcmDM 上式中的各项误差影响，就其方式来讲，有些是与距离成比例上式中的各项误差影响，就其方式来讲，有些是与距离成比例的。这些误差称为的。这些误差称为“比例误差比例误差”；另一些误差影响与距离长短无关。；另一些误差影响与距离长短无关。称其为称其为“固定误差固定误差”。对于对于式中式中偶然性误差的影响，我们可以采取偶然性误差的影响，我们可以采取不同条件下的多次观测来削弱其影响；而对系统性误差影响则不然，不同条件下的多次观测来削弱其影响；而对系统性误差影响则不然，但我们可以事先通过精确检定，缩小这类误差的数值，达到控制其但我们可以事先通过精确检定，缩小这类误差的数

14、值，达到控制其影响的目的。影响的目的。相位测距的基本公式为：相位测距的基本公式为：2210NncfD/292913比例误差的影响比例误差的影响 ：光速值的误差影响光速值的误差影响 光速值对测距误差的影响甚微，可以忽略不计。光速值对测距误差的影响甚微，可以忽略不计。调制频率的误差影响调制频率的误差影响 调制频率的误差，包括两个方面，即频率校正的误差（反映了调制频率的误差，包括两个方面，即频率校正的误差（反映了频率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频率稳定度）。频率误频率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频率稳定度）。频率误差影响在精密中远程测距中是不容忽视的，作业前后应及时进行频差影响在精密中远

15、程测距中是不容忽视的，作业前后应及时进行频率检校，必要时还得确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正。率检校，必要时还得确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正。大气折射率的误差影响大气折射率的误差影响 正确测定测站和镜站上的气象元素，并使算得的大气折射系数正确测定测站和镜站上的气象元素，并使算得的大气折射系数与传播络径上的实际数值十分接近，可以大大地减少大气折射的误与传播络径上的实际数值十分接近，可以大大地减少大气折射的误差影响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的。差影响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的。/292914固定误差的影响固定误差的影响 ：测相误差，仪器加常数误差和对中误差都属

16、于固定误差。测相误差，仪器加常数误差和对中误差都属于固定误差。在精在精密的短程测距时，这类误差将处于突出的地位。密的短程测距时，这类误差将处于突出的地位。对中误差对中误差 在控制测量中，一般要求对中误差在在控制测量中，一般要求对中误差在3mm3mm以下，要求归心误差以下，要求归心误差在在5mm5mm左右。但在精密短程测距时，由于精度要求高，必须采用强左右。但在精密短程测距时，由于精度要求高，必须采用强制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响。制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响。仪器加常数误差仪器加常数误差 经常对加常数进行及时检测，予以发现并改用新的加常数来避经常对加常数进行及时检测，予以发现并改用新的加常数来避免这种影响。免这种影响。测相误差测相误差 包括测相设备本身的误差包括测相设备本身的误差 ，幅相误差，幅相误差 ，照准误差，照准误差 ，信噪比，信噪比引起的误差引起的误差.周期误差周期误差 。返回本章目录/292915 一、测距仪的检视一、测距仪的检视 外观检视及功能检查。外观检视及功能检查。外观检视：仪器、配件是否齐全，型号是否相配。外表有无碰损、外观检视：仪器、配件是否齐全