第二节电磁波测距
电磁波测距的原理
电磁波测距的原理
电磁波测距的原理基于电磁波的传播速度恒定不变这一性质，利用发射器发送出的电磁波，经过被测对象的反射后被接收器接收到，然后通过测量电磁波从发射器到接收器的时间差，可以间接得出被测对象与测距设备之间的距离。
具体来说，电磁波测距可利用无线电波、雷达、激光测距等技术实现。
无论采用哪种技术，测距设备都包括一个发射器和一个接收器。
发射器会发出一定频率的电磁波，经过空气传播，当遇到被测对象时，部分电磁波会被对象反射回来并被接收器接收到。
电磁波测距的原理即是利用这部分反射的电磁波来计算距离。
当发射器发出电磁波后，通过计时器记录发射时刻，然后在接收器接收到反射的电磁波后立即停止计时，记录接收时刻。
通过计算发射和接收的时间差，再结合电磁波在真空中传播速度（近似等于光速），就可以推算出被测对象与测距设备之间的距离。
需要注意的是，由于电磁波在不同介质中传播速度会有所变化，所以在实际应用中需要根据介质的不同对测距结果进行修正。
另外，电磁波测距还需要考虑到多路径效应、噪声干扰等因素，以提高测距精度。
电磁波测距
分类
电磁波测距仪根据载波为光波或微波而有光电测距仪和微波测距仪之分。前者又因光源和电子部件的改进， 发展成为激光测距仪和红外测距仪。
在发展激光测距仪的同时，60年代中期出现了以砷化镓管作为光源的红外测距仪。它的优点是体型小，发光 效率高；更由于微型计算机和大规模集成电路的应用，再与电子经纬仪结合，于是形成了具备测距、测角、记录、 计算等多功能的测量系统，有人称之为电子全站仪或电子速测仪。这种仪器的型号很多，测程一般可达5公里,有 的更长,测距精度为±(5毫米+3×10D)，广泛用于城市测量、工程测量和地形测量。
测量仪器
光电测距仪
微波测距仪
早期的光电测距仪采用电子管线路,以白炽灯或高压水银灯作为光源，体型大，测程较短，而且只能在夜间观 测。60年代末出现了以氦氖激光器作光源、采用晶体管线路的激光测距仪，主机重量约20公斤，测程可达60公里, 而且日夜都可以观测,测距精度约为±(5毫米+1×10D)。70年代出现了通过双载波测距、自动改正大气折射影响 的激光测距仪，测距精度又有了进一步的提高。1979年更出现了三波长测距仪，使测距精度达到了千万分之一。
微波测距仪、激光测距仪、红外测距仪和多载波测距仪均属于相位式测距仪。激光人造卫星测距仪和激光地 形测距仪则属于脉冲式测距仪。在水利工程测量中，测距为2公里或5公里的中短程红外测距仪已得到广泛有效的 应用。短程精密激光测距仪在大坝变形观测亦已发挥重要作用。微波测距自动定位系统已在大面积水下地形测量 中成功运用。
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－magnetic Distance Measuring，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60 km，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。
08-电磁波测距原理
λ
A
D
B
1 D = ( nλ + ϕ ) 2
§4.6 相位法测距
1. 相位法测距的基本原理
设仪器发射角频率为ω的正弦波信号： 设仪器发射角频率为 的正弦波信号： 的正弦波信号
u发 = Vm sin(ωt + ϕ 0 )
式中： 为振幅， 为角频率， 为时间， 为初相位， 式中：Vm 为振幅，ω为角频率，t为时间，φ0为初相位， 则正弦波在发射、反射、接收时的相位分别为： 则正弦波在发射、反射、接收时的相位分别为：
以AGA-8型为代表 型为代表 的激光测距仪， 的激光测距仪，曾在我 国天文大地网和特级导 线中得到广泛应用。 线中得到广泛应用。
AGA8激光测距仪 激光测距仪
§4.3 电磁波测距
微波测距仪
用电磁波微波做为载波，可在全天候的条件下作业， 用电磁波微波做为载波，可在全天候的条件下作业，但由于 易受到微波地面反射误差的影响， 易受到微波地面反射误差的影响，测距精度一般为 （10mm+3×10-6·D） 。 × ） 改进后的CMW20型微波 型微波 改进后的 测距仪， 测距仪，减弱了地面发射误差 的影响，测距精度为 的影响， （5mm+3×10-6·D）在工程测 × ） 量领域有着广泛地应用。 量领域有着广泛地应用。
4. TAC电路及校正 TAC电路及校正
TAC电路 电路 Time Amplitude Circuit，时间幅值转换电路 ， 功能 准确测定延迟时间，提高距离测量精度。 准确测定延迟时间，提高距离测量精度。 原理 将时间量的测定转换为对电压幅值的测定
§4.5 脉冲法测距
开始信号 参考信 (15MHz) ta TAC 接收信号 t2D
电磁波精密测距
23电磁波测距
电磁波测距一、电磁波测距仪的测距原理钢尺量距是一项十分繁重的工作，在山区或沼泽地区使用钢尺更为困难，而视距测量精度又太低。
为了提高测距速度和精度，电磁波测距仪的使用越来越广泛。
电磁波测距是利用电磁波做载波，在其上调制测距信号，测量两点间距离的方法。
若电磁波在测线两端往返传播的时间为t，则可求出两点间距离为：D=c t（4-3-1）式中：c为电磁波在大气中的传播速度。
由式（4-3-1）可知，测定距离的精度主要取决于测定时间t的精度。
例如要达到±1c m的测距精度，时间t的测定要准确到 6.7×10-11s，这在目前是难以做到的。
因此，多采用间接方法测定时间，主要有下列两种：1、脉冲法测距测距仪发出光脉冲，经被测目标反射后由测距仪接收，测出该光脉冲往返所需时间t对应的脉冲个数，就可求得距离D。
该法测距精度为0.5～1m，所以多用于激光雷达、微波雷达等远距离测距上。
2、相位法测距在工程上使用的红外测距仪，都是采用相位法测距，它是将测量时间变成测量光在测线中传播的载波相位差。
通过测定相位差来测定距离，称为相位法测距。
如4-8测距仪在A站发射的调制光在待测距离上传播，在B点反射后又回到A点，被测距仪接收，所经过的时间为t。
为便于说明，将在B反射后经A点的光波沿测线方向展开，则调制光往返经过了2D的路程。
设调制光的频率为f，角频率为，则调制光在测线上的相位移为：（4-3-2）（4-3-3）则：（4-3-4）由4-8可以看出，相位移可表示为：将上式代入式（4-3-4）得：（4-3-5）令，式（4-3-5）可变换为：（4-3-6）式（4-3-6）就是相位法测距原理的基本公式，它与钢尺量距公式相比，有相似之处，即距离等于N个整尺段的距离与不足一个整尺段距离之和。
二、红外测距仪及其使用红外测距仪的产品很多，下面只介绍W I L D D I1000。
W I L D D I1000红外测距仪小而轻，能架设在任何W I L D光学经纬仪上，同时完成测距和测角任务。
测量员岗位知识 第四章 距离测量
l l l0
l l l0
任一长的温度与钢尺检定时的温度不同，尺长会 发生变化。
lt (t t0 )l
式中： 0.0000125 / 10 C, 钢尺膨胀系数
•倾斜改正
lh d l (l 2 h 2 )1/ 2 l h 2 1/ 2 l[(1 2 ) 1] l h2 1 h4 l[(1 2 4 ) 1] 2l 8 l h2 2l
解： DAB nl q 4 30 m 9.98 m 129.98 m
DBA nl q 4 30 m 10.02 m 130.02 m
1 1 Dav ( DAB DBA ) (129.98 m 130.02 m) 130.00 m 2 2
DAB DBA 129.98 m 130.02 m 0.04 m 1 K Dav 130.00 m 130.00 m 3250
A
1
2
3
4
5
B
仪器定线：如下图
４．两点间互不通视的定线 如图4-7所示，设AB两点在山头两侧，互不通视。定 线时，甲持标杆选择靠近AB方向的①1点立标杆，① 1点要靠近A点并能看见Ｂ点。甲指挥乙将所持标杆 定在①1B直线上，标定出②1点位置，要求②1点靠近 B点，并能看见A点。然后由乙指挥甲把标杆移动到 ②1A直线上，定出①2点。这样互相指挥，逐渐趋近， 直到①点在A②直线上，②点在①B直线上为止。这 时①、②两点就在A、B直线上了。
量距记录表
工程名称：×-× ×× 钢尺型号：5#(30m) 日期：2006. 01.08 天气：晴天 量距：×××; × 记录：×××
测线
整尺 段
零尺段
总计
电磁波测距基本原理
§4.1 电磁波测距基本原理4.1.1 概述建立高精度的水平控制网，需要测定控制网的边长。
过去精密距离测量，都是用因瓦基线尺直接丈量待测边的长度，虽然可以达到很高的精度，但丈量工作受地形条件的限制，速度慢，效率低。
从六十年代起，由于电磁波测距仪不断更新、完善和愈益精密，它以速度快，效率高取代了因瓦基线尺，广泛用于水平控制网和工程测量的精密距离测量中。
随着近代光学、电子学的发展和各种新颖光源（激光、红外光等）相继出现，电磁波测距技术得到迅速的发展，出现了以激光、红外光和其他光源为载波的光电测距仪和以微波为载波的微波测距仪。
因为光波和微波均属于电磁波的范畴，故它们又统称为电磁波测距仪。
由于光电测距仪不断地向自动化、数字化和小型轻便化方向发展，大大地减轻了测量工作者的劳动强度，加快了工作速度，所以在工程控制网和各种工程测量中，多使用各种类型的光电测距仪。
光电测距仪按仪器测程大体分三大类：（1）短程光电测距仪：测程在3km以内，测距精度一般在lcm左右。
这种仪器可用来测量三等以下的三角锁网的起始边，以及相应等级的精密导线和三边网的边长，适用于工程测量和矿山测量。
这类测程的仪器很多，如瑞士的ME3000，精度可达±（0.2mm+0.5 ×10-6D）；DM 502、 DI3S、DI4，瑞典的AGA-112、AGA-116，美国的HP3820A，英国的CD6，日本的RED2，SDM3E，原西德的ELTA 2，ELDI2等，精度均可达±(5mm+5×10-6D)；原东德的EOT 2000，我国的HGC-1、DCH-2、DCH3、DCH-05等。
短程光电测距仪，多采用砷化镓（GaAs或GaAlAs）发光二极管作为光源（发出红外荧光），少数仪器也用氦-氖（He-Ne）气体激光器作为光源。
砷化镓发光二极管是一种能直接发射调制光的器件，即通过改变砷化镓发光二极管的电流密度来改变其发射的光强。
电磁波测距原理公式
电磁波测距原理公式电磁波测距是一种常见且重要的测量技术，在我们的生活和科学研究中都有着广泛的应用。
要理解电磁波测距，咱们得先从它的原理公式说起。
电磁波测距的基本原理就是利用电磁波在空气中传播的速度和时间来计算距离。
简单来说，就好比你朝着远处大喊一声，然后根据声音传回来的时间来估算你和远处物体的距离。
那电磁波测距的原理公式是啥呢？常见的就是 D = c × t / 2 。
这里的 D 表示测量得到的距离，c 是电磁波在真空中的传播速度，大约是299792458 米每秒，t 则是电磁波从发射到接收所经历的时间。
举个例子吧，有一次我和朋友去爬山，我们想知道从山脚下到山顶的直线距离。
这时候，我就拿出了一个带有电磁波测距功能的仪器。
我先朝着山顶的方向发射电磁波，仪器开始精准地记录电磁波发射的时刻。
当电磁波从山顶反射回来被仪器接收到时，仪器又迅速记录下接收的时刻。
这中间的时间差，经过仪器内部的精密计算，再结合电磁波的传播速度，就能得出我们和山顶之间的距离啦。
咱们再深入点讲讲这个公式。
为啥要除以 2 呢？这是因为电磁波从发射点出发，到达目标点后再反射回来，我们测量到的时间 t 实际上是电磁波走了一个来回的时间。
所以，真正单程的距离就得除以 2 。
在实际应用中，电磁波测距可不简单。
因为电磁波在空气中传播时，会受到各种因素的影响。
比如说，大气的温度、湿度、气压等等，都会让电磁波的传播速度发生变化。
这就好像你在跑步的时候，遇到顺风和逆风，速度感觉就不一样。
为了提高测距的精度，科学家们可没少下功夫。
他们不断改进仪器，提高测量时间的精度，还研究出各种方法来修正大气条件对电磁波传播速度的影响。
想象一下，在建筑工地上，工程师们要用电磁波测距来确定建筑物之间的距离，要是误差太大，那房子可就盖歪啦！又比如说在地质勘探中，准确测量地下岩层的距离，对于寻找矿产资源可是至关重要的。
回到我们的日常生活，现在很多汽车上的自适应巡航系统，其实也用到了电磁波测距的原理。
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6
例如:某测距仪的标称精度为
mD (5mm 5 10 D)
现用它观测一段1200m的距离，则测距精度为:
m (5mm 5 106 1.2km) 11mm
第二节 电磁波测距
一、概述
电磁波测距仪是用电磁波（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。
电磁波测距仪的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制少等优点。 3、作业快、工作强度低。
红外测距仪
电磁波测距仪的分类： 按所采用的载波可分为 1、以光波作为裁波的光电测距仪 2、以微波作为载波的微波测距仪 电磁波测距仪按光源的不同又分为普通光测距 仪、激光测距仪和红外测距仪。其中，普通光测
f 0 ：脉冲的振荡频率
q：计数器计得的时钟 脉冲个数
由于计数器的频率一般300MHz， 测距精度为O.5m，精度较低。
脉冲测距原理图
2、相位法测距
相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的 形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的 相位差来间接测定时间。 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：
mD 为1KM测距的中误差
二、电磁波测距仪的基本结构
反射器 单棱镜、三棱镜反射器
测距仪使用——一般安装在经纬仪上使用。 1、常数设置 （1）设置棱镜常数（PRISM）。 一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm。 （2）设置乘常数。
输入气温、气压或用有关公式计算出值后,再输入。
2、倾斜改正
有： ，由测距仪自动改正。
三、电磁波测距原理
一、测距原理
电磁波测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返 传播的时间t2D，计算待测距离D：
1 D ct 2 D 2
式中：c — 光波在空气中 的传播速度
测程及测距仪的精度：
1、测程：测距仪一次所能测的最远距离。
2、测距仪的标称精度:
m D (a 10 bD )
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六、电磁波测距仪使用的注意事项
(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。 (2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。 (3) 仪器长期不用时，应将电池取出。 (4) 测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体 和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。 (5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。 (6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。
2N
2、相位法测距
由于 t 2 f t2D 顾及： c f
c (N )＝ （N＋N） 故有：D 2f 2 2
2N ,所以 t 2f
式中
N ＝
2
， 0 N 1
五、电磁波测距仪的方法
(1) 在待测距离的一端（测站点）安置经纬仪和测距仪， 经纬仪对中、整平，打开测距仪的开关，检查仪器是否 正常。 (2)在待测距离的另一端安置反射棱镜，反射棱镜对中、 整平后，使棱镜反射面朝向测距仪方向。 (3) 在测站点上用经纬仪望远镜瞄准目标棱镜中心，按 下测距仪操作面板上的测量功能键进行测量距离，显示 屏即可显示测量结果。
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四、测距方法（补充）
电磁波测距仪按照t2D的不同测量方式， 可分为： 脉冲式（直接测定时间） 相位式（间接测定时间）
1、脉冲法测脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测 距离上往返传播的时间来计算距离。
t2 D q qT0 f0
距仪早已淘汰；激光测距仪多用于远程测距；红
外测距仪则用于中、短程测距，在工程测量中应
用广泛。微波测距仪的精度低于光电测距仪，在
工程测量中应用较少。
电磁波测距仪的分类： 按测程可分为①短程测距仪，＜5km ②中程测距仪，5～15km ③远程测距仪，＞15km 按测量精度可分为①Ⅰ级，mD ＜5mm ②Ⅱ级， 5mm ≤ mD ≤10mm ③ Ⅲ级， mD ＞10mm