第十二章光电测距
测量与地图学知到章节答案智慧树2023年青岛大学
测量与地图学知到章节测试答案智慧树2023年最新青岛大学绪论单元测试1.关注大地水准面绘制的是（）。
参考答案:大地测量学2.地形测量学的具体工作不包括（）。
参考答案:地球半径测量3.无人机摄影测量属于（）。
参考答案:摄影测量与遥感学4.大桥变形监测属于（）。
参考答案:工程测量学5.测绘在哪些领域发挥着重要作用？（）参考答案:城乡规划;交通运输;地震预报;资源勘查与开发6.使用经纬仪做三角高程测量属于大地测量学。
（）参考答案:错7.使用卫星测定地球上物体的位置和形状属于摄影测量与遥感学。
（）参考答案:对第一章测试1.地球是一个高低起伏的不规则的椭球体。
（）参考答案:对2.对地球自然表面的一级逼近叫做（）。
参考答案:大地水准面3.对地球自然表面的二级逼近叫做（）参考答案:地球椭球面4.地球椭球面和参考椭球面的关系是（）参考答案:一对多5.天文坐标系的基准面是（）参考答案:大地水准面6.测量中的平面直角坐标系的Y轴箭头指（）方向参考答案:东7.以下哪个不是我国常用坐标系（）参考答案:墨卡托坐标系8.海拔高程的基准面是（）参考答案:大地水准面9.我国水准原点是（）的平均海平面参考答案:黄海10.下面关于测量工作说法不正确的是（）参考答案:测量工作不需要任何已知点的信息第二章测试1.用水准仪测量a和b两点的高差时，两点间的高差等于（）参考答案:后视读数-前视读数2.用水准仪测量时，如果已知点与未知点的相距较远，只需在多次测量时认真细心读数，结果与实际情况就不会存在任何误差。
（）参考答案:错3.水准测量所用的主要仪器不包括（）参考答案:铅垂线4.用水准仪进行测量时视距可以通过（）来确定参考答案:上丝和下丝的读数5.眼睛在目镜端上下移动，如果看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动的现象，即说明存在视差，可通过目镜物镜调焦的方法将视差消除。
（）参考答案:对6.用水准仪进行测量读数时需要估读两位。
（）参考答案:错7.要测量A点至B点之间的高程信息，A点和B点都是已知水准点，最好选用（）参考答案:附合水准路线8.国家《城市测量规范》允许较长距离的水准测量结果中，存在一定误差（）对9.正确的水准测量的误差来源可能有（）参考答案:水准仪误差;地球曲率;地面下沉10.水准测量的成果处理中，需对各测站的高差值按照高程闭合差进行调整，调整的方法按照平均分配原则。
相位式光电测距的基本原理
相位式光电测距的基本原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊相位式光电测距的基本原理，这可真是个神奇又有趣的玩意儿呢！
你看啊，相位式光电测距就好像我们和目标之间的一场特殊“对话”。
想象一下，我们发出一束光，就像我们向目标喊了一句话。
这束光跑啊跑，跑到目标那里，然后又反射回来。
我们呢，就等着接收这个反射回来的光。
这里面关键的就是这个“相位”啦！就好比我们听音乐的时候，不同的音符有不同的频率和相位。
这束光也是一样，它在传播的过程中，相位会发生变化。
我们通过检测这个相位的变化，就能知道光跑了多远啦！
说起来简单，实际可复杂着呢！这就像是解一道很难的谜题。
我们得非常精确地测量和分析这个相位的变化。
就好像你要在一堆沙子里找出一粒特别的沙子一样，需要特别的细心和耐心。
那这相位式光电测距有啥用呢？哎呀，用处可大了去了！比如在建筑工地上，工程师们要用它来精确测量距离，这样才能保证建筑物建得稳稳当当的呀！还有在测绘领域，没有它，那些地图可就没那么准确啦！
而且哦，这技术还在不断发展和进步呢！就跟我们人一样，不断学习，不断变得更好。
以后说不定能测的距离更远更精确呢！
总之呢，相位式光电测距真的是个了不起的东西。
它就像我们的眼睛一样，能帮我们看到那些我们用普通方法看不到的距离和细节。
它让我们的生活变得更方便，让我们的世界变得更精彩！所以啊，可别小看了这小小的相位式光电测距哦，它可是有着大大的能量呢！。
浅述光电测距高程导线测量的方法及应用
浅述光电测距高程导线测量的方法及应用摘要：本文主要论述了三角高程测量原理以及光电测距高程导线中常用的每点设站法和隔点设站法。
并比较两种方法的优缺点及实际应用。
关键词：光电测距高程导线；每点设站法；隔点设站法0 前言随着高精度电子全站仪的不断普及，光电测距三角高程测量以其快捷的优点逐渐被广泛应用。
为了消除地球弯曲差和大气垂直折光差的影响，用此方法传递高程一般采取每点设站和隔点设站法进行。
1 三角高程测量原理在不考虑垂线偏差情况下，如图1所示，A为测站点，仪器高为。
B为照准点，觇标高为。
S为A、B两点的实地水平距离。
为P点的水准面，为P点的水平视线，CE为地球弯曲差。
为目标N的光程曲线，为P点望远镜照准目标N时视准轴所指的方向，MN为大气垂直折光差。
为P点望远镜观测目标N的垂直角。
AF为A点的水准面，BF为B点对A点的高差。
在平面三角形PCM中，∠PCM≈90°,PC≈,故MC≈，由图１可看出：== (1)式中K为大气垂直折光系数。
上式为三角高程测量单向观测高差的基本计算公式。
同样可得在B点观测A 点的高差计算公式：(2)如果三角高程的边长由电磁波测距仪直接观测，则电磁波测距三角高程测量可按斜距由下列公式计算高差（3）式中,为测站与镜站之间的高差；为垂直角；为经气象改正后的斜距；为大气折光系数；为经纬仪水平轴到地面点的高度；为反光镜瞄准中心到地面点的高度。
该计算公式为光电测距三角高程测量单向观测高差的基本计算公式。
由（１）、（２）、（３）式可看出，如不考虑垂线偏差影响，则三角高程测量的主要误差来源是边长、垂直角、仪器高、觇标高的测量误差，以及球曲差和大气垂直折光差的影响。
属于人或仪器影响的误差一般都可以通过提高仪器精度，选择有利的观测条件及认真作业等加以消除。
关于球曲差，在同一测区，可认为其地球平均曲率半径相同，可通过对向观测或控制前后边长差加以消除。
大气垂直折光由大气密度的分布不均匀引起，它随大气压、温度、湿度、风场、植被、海拔等的变化而变化，具有不稳定性。
光电测距的原理
光电测距的原理
光电测距仪根据测定时间t的方式，分为直接测定时间的脉冲测距法和间接测定时间的相位测距法。
高精度的测距仪，一般采用相位式。
相位式光电测距仪的测距原理是：由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。
通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差φ来解算距离。
相位法测距相当于用“光尺”代替钢尺量距，而λ/2为光尺长度。
相位式测距仪中，相位计只能测出相位差的尾数ΔN，测不出整周期数N，因此对大于光尺的距离无法测定。
为了扩大测程，应选择较长的光尺。
为了解决扩大测程与保证精度的矛盾，短程测距仪上一般采用两个调制频率，即两种光尺。
例如：长光尺（称为粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于扩大测程，测定百米、十米和米；短光尺（称为精尺）f2=15MHz，
λ2/2=10m，用于保证精度，测定米、分米、厘米和毫米。
光电测距的出发公式
光电测距的出发公式
1、采用可见光或红外光作为载波，通过测定光线在测线两端点间往返的传播时间t，算出距离D。
2、计算公式为：D=1/2ct，
式中，c为光波在大气中的传播速度，它可以根据观测时的气象条件来确定。
3、测定t的方法有：
①直接测定光脉冲在测线上往返传播时间的仪器，称为脉冲式光电测距仪。
②通过测量调制光在测线上往返传播所产生的相位移，间接测定时间的仪器，称为相位式光电测距仪。
4、光电测距种类很多，以激光为载波的称激光测距仪，以红外光为载波的称红外测距仪。
5、激光测距是以激光器作为光源进行测距。
（1）根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。
氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距；
（2）双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距；
（3）红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。
6、激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与红外光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地
球卫星、月球等远目标的距离变成现实。
十二章第二节露天矿采剥场测量
第二节露天矿采剥场测量在露天矿生产过程中，为了及时了解生产的进展情况、作业机械的位置、工作平盘要素、矿石的产量和岩石的剥离量，以及配合开沟和爆破工程所进行的测量工作，称为露天矿采剥场测量，包括采剥验收测量、技术境界测量、开掘沟道测量和爆破工程测量。
这些测量工作是露天矿测量的主要组成部分，并属露天矿坑内的正常生产测量，故亦称露天矿生产测量。
一、采剥场验收测量露天矿在剥离、露煤（采场）工作中，必须及时地测量采、剥工作面的位置，验收采、剥工作面规格质量，计算岩土的剥离量和矿物的采出量。
这些测量工作，统称为采剥场验收测量。
其主要任务是：测量采剥工作面的位置并绘制采剥工作平面、断面图；按区域、阶段平盘、工程项目、电铲号等计算实际采剥工程量；在验收测量图纸上量取实际工程技术指标，如工作线长度、阶段平盘宽度、剥离进度、采高、工作帮坡度、阶段高程等。
（一）验收测量的主要对象验收测量的主要对象为：采剥阶段的段肩和段脚，阶段平盘上的岩石堆，主要机械的位置，露天矿坑内的运输线路，地质勘探用的井巷和地质素描点，空巷、火区及水淹区，崩岩及水源，露天坑内的排水设施及排泄井巷，绞车道、栈桥、变电所和车库等的位置，大爆破用的井巷和硐室。
（二）采剥验收测量方法采场验收测量时，一般采用极坐标法，用全站仪直接测出各测点的坐标；或者用经纬仪测量水平角，用光电测距仪测量距离后，用极坐标法计算公式算出各测点的坐标；在一些小型露天矿或没有全站仪（测距仪）的露天矿，也可采用经纬仪测角，视距法测距来确定各测点的坐标。
如图12-5所示，将经纬仪置于-28平盘上的Ⅰ级工作点A上，根据基本控制点M定向，然后顺次瞄准立于段上1、2、3…和段下1′、2′、3′…各点的视距尺或反射棱镜，测出水平角和距离以确定各测点的位置。
对露煤平盘进行验收测量时，应同时进行地质点的测绘工作，如图12-5中1、4′、5′…等点为剥离露出的煤层顶板位置。
采用经纬仪并用视距方法进行验收测量时，应满足下列要求：（1）视距测量应使用精度不低于DJ6级的经纬仪进行。
第十二章光电测距
电磁波测距原理
电矢量E的大小为 E Asin(t 0 )
• 按电磁波理论： • 光电是横波，其数学表达式为
它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状态。 其中：A是振幅； t 0 是相位； 0 是初始相位；
是单位时间内相位变化 的值， 2f；以弧度为单位；
9
加 常 数
• 测距仪的机械中心与调制波发射和接收的等效面 不一致；测距仪的机械中心与内光路等效面不一 致使仪器产生（与所测距离长短无关的）加常数。 • 加常数通过检定可以求得。
10
乘常数
• 电磁波测距好象是用电子尺丈量的。如 果电子尺不准就会产生系统误差。这就 是乘常数。 • 乘常数主要是由调制频率偏离设计值引 起的。乘常数是尺度比例系数，可以经 检定求得。
概述
S=Ct 1941年瑞典物理学家Bergstrand在研究光速时开 发了高精度测量t的技术 1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪 随着需求的增长和光学、微电子学的发展使电 磁波测距的技术迅速发展。进一步推进了测量 学的发展 尽管GPS应用很广，短程电磁波测距仪仍然大 1 有用途
电磁波测距仪的分类
8
测程和精度
• 测相的精度是有限的。例如可以把Δφ细分1000倍， 则测量的精度为测尺的1/1000。设 ，这 电子尺 10 m cm。若要提高读数精度，就应缩短 时最小读数为 2 电子尺。但由于凭一个Δφ无法求得整尺段数N， 即不知待测距离的大数。就是说：用短的电子尺 测量精度高但测程小。如果用长的电子尺能扩大 测程，但由于细分技术的限制，不能求得精确的 尾数。即测程大但进度低。如果用两个频率的波 （两个不同的电子尺）进行测量，一个用来测量 距离的大数，另一个用于精确测量距离的尾数。 就可以既扩大测程又保证精度。如果需要还可以 用更多的频率测量。
光电测距三角高程
光电测距三角高程测量4.3.1 各等级光电测距三角高程测量的限差应符合表4.3.1的规定。
表4.3.1 光电测距三角高程测量限差要求（mm）测量等级对向观测高差较差附合或环线高差闭合差检测己测测段的高差之差三等±25±12±20四等±40±20±30五等±60±30±40注：D为测距边长，Li为测段间累计测距边长，以千米计。
4.3.2 光电测距三角高程测量，宜布设成三角高程网或高程导线，视线高度和离开障碍物的距离不得小于1.2m。
高程导线的闭合长度不应超过相应等级水准线路的最大长度。
4.3.3 光电测距三角高程测量观测的主要技术要求应符合表4.3.3的规定。
表4.3.3 光电测距三角高程测量观测的主要技术要求等级仪器等级边长（m）观测方式测距边测回数垂直角测回数指标差较差（″）测回间垂直角较差（″）三等1″≤6002组对向观测2 4 5 5四等2″≤800对向观测 2 3 7 7五等2″≤1000对向观测 1 2 10 104.3.4 三等光电测距三角高程测量应按单程双对向或双程对向方法进行两组独立对向观测。
测站间两组对向观测高差的平均值之较差不应大于±12mm。
4.3.5 所使用的仪器在作业前应按本规范附录B的规定进行检校，仪器检校的各项要求应符合本规范附录B的规定。
4.3.6 光电测距三角高程测量应满足下列要求：1 光电测距三角高程测量可结合平面导线测量同时进行。
2 仪器高和反射镜高量测，应在测前、测后各测一次，两次互差不得超过2mm。
三、四等测量时，宜采用专用测尺或测杆量测。
3 距离应采用不低于Ⅱ级精度的测距仪观测，取位至毫米。
测距限差应符合本规范表3.1.6-3相应仪器等级的规定。
导线点应作为高程转点，转点间的距离和竖直角应对向观测，并宜在同一气象条件下完成。
计算高差时应考虑地球曲率的影响。
光电测距
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光电测距
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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
1 2 3 4 5 6
确定的测尺长度便于计算。
例如我国的HGC-1型及长征DCH-1型红外测距仪，确定精测 尺长=10m和粗测尺长=1000m的精测尺频率和粗测尺频率。
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光电测距
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二、相位式光电测距仪的工作原理
1 相位式光电测距仪的工作原理 2 3 4 5 6 7 8 9
10
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光电测距
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相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介
➢光源
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs）二极管和氦-氖 （He-Ne）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中 远程测距仪中。
6 7
• Ⅲ级——10mm< mD≦20mm。89103 /2 9
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光电测距
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➢相位式光电测距仪的基本公式
1 2
t t 2N
2f
t
1 f
(N
2
)
3 4
D 1 ct c (N / 2 ) L(N N )
2 2f
5
6
式中：L c / 2 f ——/ 2 测尺长度；
7
——整N 周数；
8
N ——/ 2不 足一周的尾数
9
10
➢N值测定原理
直接测尺频率方式：直接使用不同频率测尺的测量结果组合成待测
距离的方式，一般在仪器中设置2个或3个固定不变的测距频率。
光电测距的操作方法
光电测距的操作方法
光电测距是一种利用红外线或激光发射器发射出的光信号，通过被测目标反射回的光信号来测量距离的技术。
操作方法如下：
1. 首先，准备好光电测距仪器。
这包括一个光源（可以是红外线发射器或激光发射器）、一个接收器和一个计算或显示装置（如计算机或显示屏）。
2. 将光源和接收器正确地安装在被测物体的两侧。
确保它们之间没有任何遮挡物，并且光源和接收器之间的距离已经确定。
3. 打开光电测距仪器的电源，并调整相关参数。
这些参数包括激光或红外发射的功率、接收器的灵敏度等。
4. 将目标物体放置在光源和接收器之间，并确保它是垂直于光源方向放置的。
5. 启动光电测距仪器，激光或红外信号将被发射到目标物体上并反射回来。
6. 接收器将接收到的光信号转换为电信号，并将其传输到计算或显示装置上。
7. 根据接收到的信号，计算或显示装置将计算出目标物体与光源-接收器之间的距离，并将其显示出来。
需要注意的是，在操作光电测距仪器时，必须注意一些安全事项：
- 避免将光线直接照射到眼睛，以免造成眼部损伤。
- 在使用激光发射器时，必须遵守相关的安全标准，以防止激光辐射对人体产生伤害。
- 在操作测距仪器时，特别是在室外使用时，应注意避免光线被遮挡或反射，以确保测距结果的准确性。
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12
1）仪器常数改正
乘常数改正数 加常数改正数 2）气象改正
SR S'R Sc C
S A S 'A
气象改正系数A是波长，气温t，
气压p的函数。现在多数仪器有
波在一个振动周期内传播的距离称为波长； C CT；C f
f
波动过程就是振动的相位沿波动方向移动的过程。 4
CT C
f
C f
T
t NT T
2
S
S 1 Ct 1 (N ) (N )
22
2 2
5
电磁波测距原理
• 设光从发射器发出，抵达反光镜后返回仪器的接收 器，称为信号2。而从发射器发出的光分出一路直接 进入处理装置，称为信号1。这两个信号之间存在相 位差Δφ和整周数N。
这时斜距的变化为
S'd d sin
水平距离的变化为
S d
d sin cos
d sin 2
2
• 测距仪望远镜与经纬仪望远 镜同轴的仪器没有这项改正 数。
倾斜的附加 改正数
14
电磁波测距成果的处理
3）气象改正
电子尺长是光速的函数 C
2 2f
而光速又是折射率的函数
C C0 n
空气的折射率首先与波长有关
概述
S=Ct
1941年瑞典物理学家Bergstrand在研究光速时开 发了高精度测量t的技术
1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪
随着需求的增长和光学、微电子学的发展使电 磁波测距的技术迅速发展。进一步推进了测量 学的发展
尽管GPS应用很广，短程电磁波测距仪仍然大
有用途
1
电磁波测距仪的分类
按载波分 • 微波测距仪 • 激光测距仪 • 红外光测距仪
S N 2 2
称为光尺长，而 是余尺长
2
2 2
• 利用相位器可测定Δφ，但而不能求得“整周数N”。 因此只可以求得“余长”，而不能求得整长。
6
调制波
• 短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAs发出的红外 激光波长约0.87μm。显然不能用它测距的信号。
• 无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加 以调制使其随时间按一定的规律变化。在GaAs激 光器上注入按调制规律变化的电流后可以使激光 器按同样的规律改变发光的强度。调制波的频率 远小于红外激光的频率，还可以用多个频率的调 制波加载在红外激光波上。
测程，但由于细分技术的限制，不能求得精确的
尾数。即测程大但进度低。如果用两个频率的波
（两个不同的电子尺）进行测量，一个用来测量
距离的大数，另一个用于精确测量距离的尾数。
就可以既扩大测程又保证精度。如果需要还可以 用更多的频率测量。
9
加 常 数
• 测距仪的机械中心与调制波发射和接收的等效面 不一致；测距仪的机械中心与内光路等效面不一 致使仪器产生（与所测距离长短无关的）加常数。
• 加常数通过检定可以求得。
10
乘常数
• 电磁波测距好象是用电子尺丈量的。如 果电子尺不准就会产生系统误差。这就 是乘常数。
• 乘常数主要是由调制频率偏离设计值引 起的。乘常数是尺度比例系数，可以经 检定求得。
11
与测程有关的因素
• 测程主要取决于接收光的强度能保证测 相的精度。而接收光的强度与下述因素 有关：
传感器，可自动感知测站上的气
象参数后对所测距离加改正数。
也有辅助表格等工具可在手算时
使用。
3）倾斜改正
S S'cos 1 h2
2S'
电磁波测距 成果的处理
13
• 如果测距仪望远镜高度与经 纬仪望远镜的高度不一致， 则在视线倾斜时会产生附加 改正数。因为这时测距仪的 中心会偏离测站中心，而反 光镜中心却多半不会作相同 的偏离。
8
测程和精度
• 测相的精度是有限的。例如可以把Δφ细分1000倍，
则测量的精度为测尺的1/1000。设
，这
时最电子小尺读 数10为m cm。若要提高读数精度，就应缩短 电子尺。2 但由于凭一个Δφ无法求得整尺段数N，
即不知待测距离的大数。就是说：用短的电子尺
测量精度高但测程小。如果用长的电子尺能扩大
物理学家测算得
n
1
A
B
2
C
4
在标准大气条件下
t 0C，P 760mmHg，e 0mmHg，CO2 0.03% A 2876.04 107，B 16.288107，C 0.136107
15
3）气象改正
空气的折射率也与气象条件有关
nq
1
ng0
1
1 t
P 760
0.55e
1 t
107
7
电磁波测距原理
• 测距仪把一定波长的电磁波从A点射向B点， 经B点的反光棱镜反射后由测距仪接收，射出 与接收波之间的相位差[可用微电子技术自动 测量]是电磁波在AB点之间往返时间的用几个不同波 长的电磁波[调制波]测量同一段距离可以既扩 大测程又保持精度。
数，自动对所测距离加改正数。也可以根据几个点上测
得的气象参数借助辅助表格等工具计算改正数。 16
• 如果测距仪望远镜高度与经 纬仪望远镜的高度不一致， 则在视线倾斜时会产生附加 改正数。因为这时测距仪的 中心会偏离测站中心，而反 光镜中心却多半不会作相同 的偏离。
式中n g 0 就是标准大气条件下的折射率
1 是空气膨胀系数
273.16
仪器制造者根据仪器所用电磁波的波长并顾及一般工作时的 参考温度及标准气压的湿度设定空气的折射率。
如果实际工作时的大气条件与此参考条件相同，就不加气象 改正数。否则要相对于参考折射率加改正数。
现在多数仪器带有传感器，可自动感知测站上的气象参
按测程分 •远程测距仪（≥15km） •中程测距仪(5km~15km) •短程测距仪(≤5km)
2
一、电磁波测距原理
• 设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返 的时间为t。则测距仪至反光镜的距离
S 1 Ct 2
– 光在真空中的传播速度为C0=299792458米/秒。 – 现代测时的精度可达10-8秒，但引起的距离误差达1.5m
3
电磁波测距原理
• 按电磁波理论：
•
光电是横波，其数学表达式为
电矢量E的大小为E Asin(t 0 )
它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状态。
其中：A是振幅；
t
0
是相位；
是初始相位；
0
是单位时间内相位变化的值， 2f；以弧度为单位；
f是频率，f 1 T
T是周期，即正弦波循环变化一次的时间；