电磁波测距

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电磁波测距

电磁波测距
相位差除了用鉴相器测量之外,还可采用可变光路法,即用仪器内部的光学系统改变接收信号的光程,使该 信号延迟一段时间。电子仪表指示发射信号与接收信号相位相同时,直接在刻划尺上读出尾数。此外,还可以用 延迟电路来改变接收信号的相位,由该电路调整控制器上的分划,读出尾数。
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:γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微 波、无线电波。
电磁波谱图:电磁波在真空中传播的波长或频率递增或 递减顺序排列。
4.2.2 电磁波测距基本原理公式
入射光 出射光
通过测定电磁波(无线电波或光 波)在待测距离两端点间往返传 播的时间,利用电磁波在大气中 的传播速度来确定其距离
设电磁波在大气中传播速度为C,当它在距离D上往返一次 的时间为t2D,则有:
光电倍增管本身是一个混频器,有混频作用—把高频信号 变为中、低频信号,不需专设混频线路。
第四章 电磁波测距仪及其距离测量
4.1 4.2 4.3 4.4 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.13
电光调制和光电转换 电磁波测距仪分类 脉冲法测距的基本原理及应用 相位法测距的基本原理及应用 光波测距仪的合作目标 光波测距仪的检验 电磁波在大气中的传播 光波测距成果的归算 光波测距的误差来源及精度估计 全站仪原理
由于脉冲在路程中经历时间太短,通常用记录高频振荡晶 体的振动次数计算时间,自动完成。
脉冲式测距是由测距仪发射系统发射一种脉冲波,被目 标反射回来,再由仪器接收器接收,仪器的显示系统显示 出光脉冲往返传播的时间,或直接显示距离。
时标脉冲

脉冲发射

电子门



脉冲接收

计数显示
A
D
B
4.3.2 脉冲法测距的基本结构
已知:时标脉冲频率f=15 MHz,电磁波速度C=3×10E+8 m/s, 时标脉冲个数 n=100。
求: 距离 D。
D= 1/f × n×C / 2= 1000 米
测距前,电子门是关闭的,时标脉冲不能进入计数系统。 测距时,在光脉冲发射的瞬间,主脉冲把电子门打开,时标脉 冲就一个一个经过电子门进入计数系统,计数系统开始记录脉 冲数目。当回波脉冲到达时电子门关闭,计数系统停止计数, 计数系统记录下来的脉冲数目就是所测距离值。

电磁波测距原理

电磁波测距原理


双频测距
测尺频率、长度、精度的比较:
测尺频率 15MHz ( f ) 测尺长度 10m ( L ) 1cm 精度 1.5MHz 150kHz 15kHz 100m 1km 10km 1.5kHz 100km
1dm
1m
10m
100m
所以在测一段距离时,我们可以将两种测尺相结合 来测量,这样就能既保住精度,又能保证测程的 足够长,而且还不比去求N值。
电磁波测距的分类
•脉冲法测距 •相位法测距
•单载波测距 •双载波测距 •多载波测距
•短程测距 •中程测距 •远程测距
1
2
3
电磁波测距原理
电磁波在测线上的往返传播时间t2D ,可以 直接测定,也可以间接测定。 目前测距仪器常用的方法分为两种: 1.脉冲法测距; 2.相位法测距; 这种仪器的计时精度可达10-10s以上,从而 使测距精度提高到lcm左右,可基本满足精密 测距的要求。现今用于精密测距的测距仪多 属于这种相位式测距仪。
被测距离为: D=λ(N+△Φ/2π)
目录
电磁波测距的基本原理及分类
1 1
1 2 3
相位法测距基本原理 确定N值的方法
相位法测距基本原理
测定A、B 两点的距离 ,将相位式光电测距仪 整置于 A点(称测站),反射器整置于另一 点 B(称镜站)。测距仪发射出连续的调制光 波,调制波通过测线到达反射器,经反射后 被仪器接收器接收(如图(b))。调制波在 经过往返距离2 后,相位延迟了 。我们将 两 点之间调制光的往程和返程展开在一直线上, 用波形示意图将发射波与接收波的相位差表 示出来,如图(c)所示。
当D<λ,即d<0.5 λ时,被 测距离为

电磁波测距

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。

第四章 电磁波测距

第四章 电磁波测距

4.6.2
N
值的确定
由式(4-30)可以看出,当测尺长度 u 大于距离 D 时,则 N 即 D u
2
0
。,此时可求得确定的距离值, 。因此,为了扩大单值解的测
u N
程,就必须选用较长的测尺,即选用较低的调 制频率。根据 u

2 c 2f
,取 c 3 1 0
f2
c 2 f1
;粗尺频率
,相应的测尺长度为 u 2
D u1 ( N 1 N 1 ) D u2 (N 2 N 2 )
2D
而 t 是由时标脉冲振荡器不断产生的具有时间间
2D
隔( t )的电脉冲来决定的。 因 则
t2 D n t
D V 2 nt nd
式中, n 为时标脉冲的个数; d
V 2
t
,即在时间间
隔 t 内光脉冲往返所走的一个单位距离。所以我们只要 事先选定一个 d 值(例如l0m,5m,lm等),记下送 入计数系统的脉冲数目,就可以直接把所测距离 ( D nd )用数码管显示出来。
徕卡TCR系列全站仪
无棱镜测距应用: • • • • 大容积标定行业 工程安装质量检查 隧道断面测量 城市地籍、房产测 量 • „„
安装质量检 查
油罐容积标定测 量
隧道断面测 量
徕卡TCR系列全站仪
应用优势 一方面,省去了作 业员爬高下低的奔 波之苦,作业强度 和危险性也大大降 低; 另一方面,对一些 重要的建筑(比如 文物)起到了一定 的保护作用。
§4.6相位法测距的基本原理 4.6.1基本原理及基本公式 1.基本原理 由载波源产生的光波(或微波)经调制器被高频电波所调制(调 幅或调频),成为连续调制信号。该信号经测线达到彼端反射器, 经反射后被接收器所接收,再进入混频器(I),变成低频(或中频) 测距信号 e 测 。另外,在高频电波对载波进行调制的同时,仪器发射 系统还产生一个高频信号, 此信号经混频器 (II) 混频后成为低频 (或 中频)基准信号 e 基 。e 基 和 e 测 在比相器中进行相位比较,由显示器显 示出调制信号在两倍测线距离上传播所产生的相位移,或者直接显 示出被测距离值。

第四章 电磁波测距1

第四章 电磁波测距1
29
GPT-8200A系列
河南城建学院测绘与城市空间信息系<<控制测量学>>
第二讲 电磁波测距的基本原理
拓普康第二代WinCE智能全站仪——WinCE全站仪 ● 全新2000米无棱镜测距技术 ● GPT-7500提供世界上最长的无棱镜电子测距 (2000m).这是拓普康第三代无棱镜测距技术的傲人 成果。 2000米的无棱镜测程确保了可以测量350米 范围内的任何目标,甚至可以透过栅栏,树枝进行 测量。采用最安全的一级激光,避免了对测量人员 的伤害,同时,在某些环境内(如油罐)无疑更让 人放心 ● 高速Intel Xscale处理内核。测量全面加速! ● 标准、Mini双USB接口,可直读U盘 ● 5000mAh超大容量锂电池,动力强劲 ● 丰富的应用软件
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6
短程测距仪
中程测距仪
北京光学仪器 厂—HGC-1红 外测距仪
武汉地震仪器厂JCY-2A 激光测距仪
7
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第一讲、电磁波测距仪分类
3、测距仪的分级 1999年《城市测量规范》规定,按1km测距中误差 (即 mD a b D ,当D=1km时)划分为两级: 测距仪精度等级 每公里测距中误差 m D ( mm )
1 1 m D cmt D Ct2 D 2 2 8 m c 3 10 要求mD 3mm s
mt 2 10
11
s 一般只能达到10
8
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第二讲 电磁波测距的基本原理

08-电磁波测距原理

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

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。

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直接测时这类脉冲式测距仪,因其精度较低,以前通常只 用于精度较低的远距离测量、地形测量、免棱镜和炮瞄雷达测 距,现在可用于高精度测距。
D

1 2
Ct2 D
f 15MH z
t2D 2f
D c 4f
f为调制信号的频率
c 3108 m s mD 10mm
脉冲法测距
B代表比例误差系数。主要由仪器频率误差、大气折射率 误差引起。B的单位为ppm,是百分之几的意思,它由生产厂家 给定,用来表征比例误差中比例的大小,为一固定值。一般在 1-5ppm之间。D的单位为Km,即D*10-6mm,为一变化值。一旦距 离确定,则比例误差部分就会确定。
现行《城市测量规范》将电磁波测距仪划分为以下几级: Ⅰ级:mD ≤5mm; Ⅱ级:5mm< mD ≤10mm; Ⅲ级:10mm< mD ≤20mm。
4.2.1 电磁波和电磁波谱 电磁波:根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在
它的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在较远的区域 内引起新的变化电场,并在更远的区域内引起新的变化磁场。 这种变化的电场和磁场交替产生,以有限的速度由近及远在 空间内传播的过程称为电磁波。
不同的波源产生不同的电磁波。
按测程
长程 几十公里 中程 数公里至十多公里 短程 3公里以下
按载波
光波 激光测距仪, 红外测距仪 微波 微波测距仪
按载波数
单载波 可见光,红外光, 微波 双载波 可见光与可见光,可见光与红外光 三载波 可见光可见光和微波,可见光红外光微波
光电倍增管本身是一个混频器,有混频作用—把高频信号 变为中、低频信号,不需专设混频线路。
第四章 电磁波测距仪及其距离测量
4.1 4.2 4.3 4.4 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.13
电光调制和光电转换 电磁波测距仪分类 脉冲法测距的基本原理及应用 相位法测距的基本原理及应用 光波测距仪的合作目标 光波测距仪的检验 电磁波在大气中的传播 光波测距成果的归算 光波测距的误差来源及精度估计 全站仪原理
按反射目标
漫反射目标(非合作目标) 合作目标 平面反射镜,角反射镜 有源反射器 同频载波应答机,非同频载波应答机
4.2.4 电磁波测距仪的分级
电磁波测距仪的精度公式:
mD =A+B·D
A代表固定误差,单位mm,主要由仪器加常数的测定误 差、对中误差、测相误差等引起。该误差与测量的距离无关, 即不管实际距离多长,都存在不大于该值的固定误差(1-5mm)。
D

1 2
Ct2 D
1975年,IUGG将真空中的C值定为299792458±1.2m/s,
在大气中传播也可达到10E-06精度,对距离的结果可忽略。
核心问题是解决测时问题。
差之ns,错之dm。
D

1 2
ct2D

1 2
3108
109

0.15m
测定t方法有: ①直接测时(脉冲法)--脉冲式测距仪:直接测定仪器所 发射的脉冲信号往返于被测距离的传播时间以获得距离。 ②间接测时(相位法)--相位式测距仪:测定仪器所发射 的测距信号往返于被测距离的滞后相位φ来间接推求信号的传 播时间以获得距离。
mt2 D

2 1010 s 3
m 0.360
相位法测距
欲达10E-10s的测时精度,难;但达 0.360 的测相精度易于 实现。故电磁波测距仪中相位式测距仪居多。
除原子钟(10E-12s) 外无如此精密时标
4.2.3 电磁波测距仪的分类
按测定t的方法
脉冲式测距仪 相位式测距仪
徕卡 DISTO A3手持测距仪
光 强
光 强
t
t
4.1.3 光电转换 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。
采用光电转换器件(光电二极管)将光信号转变为电信 号。测距仪中常用的光电转换器件有光电二极管(光电效应) 和光电倍增管(光电效应、放大效应) 。
4.1.4 光电混频
电磁波:γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、 微波、无线电波。
电磁波谱图:电磁波在真空中传播的波长或频率递增 或递减顺序排列。
4.2.2 电磁波测距基本原理公式
入射光 出射光
通过测定电磁波(无线电波或光 波)在待测距离两端点间往返传 播的时间,利用电磁波在大气中 的传播速度来确定其距离
设电磁波在大气中传播速度为C,当它在距离D上往返一次 的时间为t2D,则有:
外调制:激光器和调制器是分离的两个部分。激光器发出一
定光强的光束,通过调制后,成为强度不断变化的光波。He-Ne
激光器。 J
J
I0
调制器
t
t
原振幅不变
Jm=I0·sinωt
4.1.2 晶体电光调制
电光调制:利用调制器(外调制)使相位差呈不断的周 期性变化。
分类:DKDP调制器(起偏片、双折射晶体、检偏片), 克尔盒调制器。
4.1.1 调制的意义和分类
光波调制:使光波的振幅、频率或相位发生有规律变化的 过程。调制有调幅、调频、调相三种。激光测距仪大多用调幅。
电磁波测距仪中的光波调制是利用了某些物体在外信号的 作用下所具有的物理现象和效应(如光电效应、磁光效应,声 光效应等),其调制方式有两种:内调制和外调制。
内调制:在激光器内采取措施来完成调制过程。激光器和调 制器是一个整体。GaAs半导体激光器或发光二极管。
第四章 电及其距离测量
4.1 4.2 4.3 4.4 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.13
电光调制和光电转换 电磁波测距仪分类 脉冲法测距的基本原理及应用 相位法测距的基本原理及应用 光波测距仪的合作目标 光波测距仪的检验 电磁波在大气中的传播 光波测距成果的归算 光波测距的误差来源及精度估计 全站仪原理
采用砷化镓(GaAs)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,使发射光的振幅随测距信号电压而变 化,成为一种调制光。
调制光
GaAs发光管
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