电磁波测距原理和其距离测量方式
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。
电缆行波测距原理
电缆行波测距原理引言：电缆行波测距是一种常用的测距方法，通过利用电缆中的行波信号，可以准确地测量出电缆的长度。
本文将详细介绍电缆行波测距的原理及其应用。
一、电缆行波测距的原理电缆行波测距是基于电磁波在电缆中的传播速度来进行测量的。
当在电缆中施加一个脉冲电压信号时，该信号会在电缆中以电磁波的形式传播。
根据电磁波在传输过程中的速度与传输介质的特性有关，因此可以通过测量行波信号的传播时间来计算电缆的长度。
二、电缆行波测距的步骤1. 信号发送：首先，在待测电缆的一端施加一个脉冲电压信号。
这个信号可以是一个矩形脉冲、正弦脉冲或其他形式的信号。
2. 信号传播：脉冲电压信号在电缆中以电磁波的形式传播，沿着电缆的导线向另一端传输。
3. 信号接收：在电缆的另一端设置接收器，用于接收传输过来的信号。
接收器可以是示波器、激光测距仪等设备。
4. 信号处理：接收到信号后，通过信号处理器对信号进行处理，例如滤波、放大等操作。
5. 测量距离：根据信号的传播时间和电磁波在电缆中的传播速度，可以计算出电缆的长度。
常用的计算公式为：电缆长度 = 传播速度× 传播时间。
三、电缆行波测距的应用1. 电力系统中的应用：电缆行波测距可用于电力系统中电缆的故障检测和定位。
通过测量行波信号的传播时间，可以确定故障点所在的电缆长度，从而提高故障定位的准确性和效率。
2. 通信系统中的应用：在通信系统中，电缆行波测距可用于测量光纤电缆的长度。
通过测量光信号的传播时间，可以准确地测量出光纤电缆的长度，从而为光纤通信系统的维护和管理提供便利。
3. 铁路信号系统中的应用：电缆行波测距可用于铁路信号系统中电缆的故障检测和定位。
通过测量行波信号的传播时间，可以确定故障点所在的电缆长度，从而提高故障定位的准确性和效率，保证铁路信号系统的正常运行。
4. 工业自动化系统中的应用：电缆行波测距可用于工业自动化系统中电缆的故障检测和定位。
通过测量行波信号的传播时间，可以确定故障点所在的电缆长度，及时修复故障，保证工业自动化系统的正常运行。
电磁波在雷达测距中的应用原理
电磁波在雷达测距中的应用原理雷达（Radar）是一种利用电磁波进行信号发送与接收以实现测距、探测和追踪目标的技术。
在雷达系统中，电磁波发挥着关键作用。
本文将详细介绍电磁波在雷达测距中的应用原理。
一、引言雷达是一种通过发送电磁波并接收其反射信号来测量目标位置和距离的远程测量技术。
它广泛应用于导航、军事、气象等领域。
雷达测距的基本原理是利用电磁波在空间中传播的速度和时间间隔来计算目标与雷达的距离。
二、电磁波的性质电磁波是一种由电场和磁场相互耦合形成的波动现象。
根据波长的不同，电磁波可分为射频、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
在雷达测距中，一般使用微波范围的电磁波。
三、雷达测距原理雷达测距利用电磁波从雷达天线发送至目标，并测量其返回的信号，从而计算目标与雷达之间的距离。
其基本原理可概括为以下几个步骤：1. 发射信号：雷达发射器产生并向外发射微波信号，形成一个电磁波束。
2. 雷达波束的传播：电磁波在空间中传播并与目标相互作用，被目标散射、反射、吸收等。
3. 目标反射：一部分电磁波被目标物体反射，并返回到雷达天线。
4. 信号接收：雷达天线接收到目标反射的电磁波信号，并将其传送至接收器。
5. 信号处理：接收器对接收到的信号进行放大、滤波和解调等处理。
6. 距离计算：通过测量信号的往返时间，利用电磁波在空间中传播速度恒定的特性，计算目标与雷达之间的距离。
四、电磁波在测距中的关键参数在雷达测距中，电磁波的频率和波长是两个重要的参数。
频率决定了电磁波在空间传播的特性，而波长则与目标大小有关。
1. 频率：雷达通常工作在高频段，使其能够传播更远的距离。
高频段的电磁波在大气中的传播损耗较小，能够穿透一定的障碍物。
2. 波长：雷达波长的选择取决于目标的大小和应用环境。
对于小尺寸的目标，使用较短的波长能够提高测距的精度和分辨率。
五、雷达测距的应用场景雷达测距技术在许多领域中发挥着重要作用。
以下是一些典型的应用场景：1. 军事应用：雷达测距是军事侦察、导航和武器制导的关键技术。
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。
距离测量的不同方法及其适用范围
距离测量的不同方法及其适用范围在日常生活和科学研究中，我们经常需要测量距离。
然而，在不同的场景下，测量距离的方法可能有很大的差异，并且适用范围也不尽相同。
本文将介绍几种常见的距离测量方法，并探讨它们的应用。
一、直接测量法直接测量法是最常用的一种距离测量方法。
它通过使用直尺、卷尺、测距仪等工具，直接测量出两点之间的实际距离。
这种方法适用于小范围的距离测量，如家具的尺寸、建筑物的大小等。
二、三角测量法三角测量法是基于几何原理的一种距离测量方法。
它利用三角形的几何关系，通过测量角度和已知边长，计算出未知边长的方法。
这种方法适用于无法直接测量的远距离或难以到达的地点。
例如，在地理测量和山地测量中，三角测量法被广泛应用。
三、雷达测距法雷达测距法是利用电磁波的反射原理来测量距离的一种方法。
它通过发射一束脉冲电磁波，然后接收反射回来的波来计算出目标物体与测距仪之间的距离。
雷达测距法适用于大范围、高精度的距离测量，如航空、导航等领域。
四、激光测距法激光测距法是利用激光束的传播速度和时间的关系来测量距离的一种方法。
它通过发射一束激光光束，然后测量光束从发射到返回所花费的时间，再根据光的速度计算出距离。
激光测距法适用于室内测距、建筑测量、制图等需要高精度的应用。
五、声波测距法声波测距法是利用声波的传播速度和时间的关系来测量距离的一种方法。
它通过发射一系列声波信号，然后测量声波从发射到返回所花费的时间，再根据声速计算出距离。
声波测距法适用于水下测距、深海勘探等领域。
六、卫星定位系统卫星定位系统是一种利用卫星和接收器之间的信号交互来确定位置和距离的方法。
它通过接收来自卫星的定位信息，计算出接收器与卫星之间的距离，并进一步确定位置。
卫星定位系统广泛应用于导航、地理测量等领域。
以上是几种常见的距离测量方法，它们各有优劣，并且适用范围也不同。
在选择合适的距离测量方法时，需要根据具体的需求和实际情况来综合考虑。
最后，需要注意的是，在进行任何距离测量时，都应该遵循相关的测量原则和方法，保证测量的准确性和可靠性。
电磁波测距原理和其距离测量方式
D
2
c f1
1 2
f2 2
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
间接测尺频率 相当于测尺频率 测尺长度 精度
f1=15MHZ
15MHZ
10m
1cm
f2=0.9f1
f1-f2=1.5MHZ 100m 10cm
f3=0.99f1 f4=0.999f1 f5=0.9999f1
f1-f3=150KHZ f1-f4=15KHZ f1-f5=1.5KHZ
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
u D N 0 D u N
u增大，误差大
一组测尺： 精测尺保证精度 粗测尺保证测程
频率相差大 仪器不稳定
频率相近 频率差为测尺频率
测尺频率 15MHZ 1.5MHZ 150KHZ 15KHZ 1.5KHZ 测尺长度 10m 100m 1km 10km 100km
e1
Δφ
φ1 φ
ek e2
光波测距仪的检验
▪ 周期误差
▪ 改正计算公式
D0 d d 123
d n-1 n
▪ 平V台i 法 Asin(0 i )
D0 v0 D1z V1 K Asin(0 1) D0 v0 d D2z V2 K Asin(0 2 )
D0 v0 39d D40z V40 K Asin(0 40 )
1
D1z
2
360
i
1
d
(i
1)
2
360
1
(i
1)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
测距仪工作原理
测距仪工作原理
测距仪是一种用来测量两点间距离的仪器。
其工作原理可以分为几种不同的方式，包括声波测距、激光测距和电磁测距。
声波测距原理：声波测距利用声波在空气中传播时的速度恒定这一特性进行测距。
仪器发出一个短脉冲声波信号，当这个声波信号遇到障碍物后会反射回来，仪器会计算出声波的往返时间，并使用声波传播速度（通常为声速）乘以时间来计算两点间的距离。
激光测距原理：激光测距利用激光束在空气中传播时的速度快且准确的特性进行测距。
仪器发出一个激光束，激光束会遇到障碍物并反射回来，仪器会计算出激光的往返时间，并使用光速乘以时间来计算两点间的距离。
电磁测距原理：电磁测距利用电磁波在空间中传播时的速度恒定这一特性进行测距。
仪器发出一个电磁波信号，当信号遇到障碍物会发生反射，反射信号由接收器接受并测量时间延迟，然后使用电磁波在空间中的传播速度乘以时间来计算两点间的距离。
这些测距原理在实际的测距仪中可能会有一些变化和改进，但基本的原理是相同的。
通过测量信号的往返时间和使用特定的物理参数（例如声速，光速或电磁波速度），测距仪可以计算出两个点之间的距离。
微波雷达测距原理
微波雷达测距原理
微波雷达测距原理是利用微波信号的传播速度来测量目标物体的距离。
微波是一种电磁波，其频率范围在300MHz到
300GHz之间。
在雷达系统中，发射器会产生一束微波信号，
并将其发送到目标物体上。
当微波信号与目标物体相互作用时，一部分信号会被目标物体反射回来。
接收器会接收到经过反射的微波信号，然后计算信号的往返时间。
由于电磁波在真空中的传播速度是已知的，所以可以通过测量时间来计算出距离。
具体而言，距离可以通过以下公式计算得出：
距离 = 传播速度 ×时间 / 2
其中，传播速度是电磁波在真空中的速度，大约为3×10^8米/秒。
时间指的是从发射微波信号到接收到反射信号所经过的时间。
为了提高测量精度，微波雷达通常会发送连续的微波信号，并采用多普勒效应来分析目标物体相对于雷达的运动状态。
多普勒效应是指当目标物体和雷达相对运动时，反射回来的微波信号的频率会发生改变。
通过测量这种频率变化，可以得出目标物体的速度信息。
总结来说，微波雷达测距原理利用微波信号的传播速度和多普勒效应来测量目标物体的距离和速度。
通过测量探测信号的往
返时间和频率变化，可以精确地确定目标物体的位置和运动状态。
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▪ 长程、中程、短程
▪ 按载波源
▪ 光波、微波
▪ 按载波数
▪ 单载波、双载波、三载波
▪ 按反射目标
▪ 射目标、合作目标、有源反射器
电磁波测距仪的分类
▪ 电磁波测距仪精度
▪ 精度公式
▪ A：mD 固定误A 差 BD
▪ BD ：比例误差
B: p p m 1 06
m m 偶 2 然 m 系 2 统 A 2B2 D
光波测距仪的检验
▪ 仪器常数
▪ 仪器加常数 ▪ 仪器加常数 ▪ 通过电子路线补偿 ▪ 反光镜常数
▪ 乘常数
D 0D ' K iK rD ' K
D标D实 (1R)
光波测距仪的检验
▪ 仪器常数
▪ 六段解析法
D
n1 n2 n3 nd
n
D K (d 1 K ) (d 2 K ) (d n K )(d i K )
频率相近 频率差为测尺频率
测尺频率 15MHZ 1.5MHZ 150KHZ 15KHZ 1.5KHZ 测尺长度 10m 100m 1km 10km 100km
精度 1cm 10cm 1m 10m 100m
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
D c 1 2 f1 2
D c 2 2 f2 2
1
2
f1-f3=150KHZ f1-f4=15KHZ f1-f5=1.5KHZ
1km 10km 100km
1m 10m 100m
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
Mekometer ME5000
m D0 .2 m m 0 .2pp D m
干涉法测距的基本原理
略
光波测距仪的合作目标
▪ 反射器
▪ 激光、红外、微波测距仪的合作目标 ▪ 全反射棱镜：激光、红外测距仪 ▪ 有源反射器：微波测距仪
▪ 相位法
2
N2
N2 Dv2 t 1 2c 1 2c2 f 4 cf
D 4 c f2 N 2 c f N 2 2 N N
Du(NN) 测尺：多义性
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
uD N0 DuN
u增大，误差大
一组测尺： 精测尺保证精度 粗测尺保证测程
频率相差大 仪器不稳定
▪ 降低了信噪比 ▪ 解决方法
▪ 选择有利的观测时间 ▪ 日出后1小时和日落前1小时
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的大气衰减
▪ 大气衰减的原因 ▪ 大气分子的吸收 ▪ 大气密度的变化及空中微粒的散射
▪ 强度衰减与大气折射率、传播距离及波长有关 ▪ 影响
▪ 电磁波的测程
▪ 空中悬浮颗粒会引起无法控制的的吸收
2
2
D c D c
2 f1 2 f2
相减
12 2
D c2f1f2
Dus(NsNs)
D2f1cf2122
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
间接测尺频率 相当于测尺频率 测尺长度 精度
f1=15MHZ
15MHZ
10m
1cm
f2=0.9f1
f1-f2=1.5MHZ 100m 10cm
f3=0.99f1 f4=0.999f1 f5=0.9999f1
e1
Δφ
φ1 φ
ek e2
光波测距仪的检验
▪ 周期误差
▪ 改正计算公式
D0 d d 123
d n-1 n
▪ 平V 台i法Asi n0 (i)
D0v0 D1z V1KAsin(01) D0v0dD2z V2KAsin(02)
D0v039dD40z V40KAsin(040)
1D1z
3
2
60
i1d(i1)23601(i1)
i 1
n
D di
K
i1
n 1
电磁波在大气中的传播
▪ 大气对电磁波测距的影响
▪ 速度变化，增加传播时间 ▪ 电磁波传播的波道弯曲，观测距离大于实际距离 ▪ 需要解决的问题
▪ 确定具体工作条件下的电磁波的实际传播速度 ▪ 电磁波波道的弯曲改正
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波在大气中传播时的现象
▪ 电磁波辐射能量的大气衰减，测程减少 ▪ 电磁波有关参数的随机变化
m D3m m 1ppD m
▪ Wild DIOR-3200
相位法测距的基本原理
▪ 相位法
▪ 测量连续的调制信号在待测距离上往返传播产生 的相位变化间接测定传播时间
e1 emsint
e 2 e m sitn t2 D
t2D
t2D
Dv2 t 1 2c 1 2c2 f 4估
电光调制和光电转换
▪ 省略
电磁波测距仪的分类
▪ 按时间测量方式分类
▪ 电磁波作为载波和调制波进行距离测量
D 1 vt 2
脉冲式
相位式
t 2f
D 1 vt v 2 4f
直接测定脉冲信 号往返传播时间
测定测距信号往返的相位 滞后相位，转化为时间
电磁波测距仪的分类
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的传播速度
▪ 电磁波速度
▪ 大气折射率c与大c0 气n实际介质性质的气体成分、温 度、压力、湿度及波长有关
▪ 纯单色波的相折n 射f率(,T,P,e)
群波的群折射率
n
c0 c
ng
n
dn
d
ng
c0 cg
电磁波在大气中的传播
▪ 电磁波的传播速度
▪ 电磁波速度 ▪ 对于无线电微波，对流层为非色散介质，群速度 与相速度一致 ▪ 对于光波，对流层为色散介质，两者不同 ▪ 光电测距仪采用调制波，需要采用群速
▪ 全反射棱镜(反光镜)
▪ 四面体的光学玻璃，三面互相垂直 ▪ 平行性：反射光线与入射光线平行
光波测距仪的合作目标
▪ 全反射棱镜(反光镜)
▪ 单棱镜、三棱镜、六棱镜、九棱镜
光波测距仪的检验
▪ 周期误差 ▪ 加常数
▪乘常数
光波测距仪的检验
▪ 周期误差
▪ 来源：仪器内部固定的串行信号 ▪ 周期误差的周期来源于精测尺的尺长 ▪ 周期为2π，等于精测尺的长度 ▪ 加大测距信号强度，可减小周期误差
2mm2ppm
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲
▪ 直接测定器发射的脉冲信号往返于被测距离的传播 时间，而得到距离值
f1 T
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲法的时间测定
光脉冲发生器
主脉冲
回波脉冲
计数系统
高频 电脉冲
优点：免棱镜 缺点：精度低，米级
脉冲法测距的基本原理
▪ 脉冲法的时间测定
▪ Wild DI-3000脉冲式测距仪
电磁波测距原理和其距离测量 方式
本章提要
4.1 电磁波测距的物理原理及分类 4.2 电磁波测距的基本原理和应用 4.3 光波测距仪的合作目标及检验 4.4 电磁波在大气中的传播 4.5 测距成果的归算 4.6 误差来源及精度估计 4.7 微波测距概要
本章提要
[知识点及学习要求] 1、电磁波在大气中的传播 2、测距成果的归算 3、误差来源及精度估计