电磁波测距基本原理
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。
测距的原理
测距的原理
测距的原理是基于声波、光波或电磁波的传播速度来计算距离的。
下面将分别介绍这三种测距原理。
声波测距利用声音在空气中传播的速度来计算距离。
测距设备发射一个声波信号，当声波遇到障碍物后会发生反射，并返回到测距设备。
设备接收到反射回来的声波信号后，会根据声音传播的速度和时间间隔来计算出距离。
光波测距利用光在空气或介质中传播的速度来计算距离。
常见的光波测距设备有激光测距仪和红外线测距仪。
激光测距仪发射一个激光束，当激光束遇到物体表面时，会发生反射并返回到设备。
设备通过测量激光束发射和接收的时间间隔来计算距离。
红外线测距仪则利用红外线的传播速度来计算距离，原理类似于激光测距仪。
电磁波测距利用电磁波在空气或介质中传播的速度来计算距离。
电磁波测距常用于雷达系统中。
雷达发射一个电磁波信号，当信号遇到目标物体后会发生反射，并返回到雷达系统。
雷达系统根据信号的传播速度和时间来计算距离。
总之，无论是声波、光波还是电磁波测距，其基本原理都是利用信号从发射源到目标物体的往返时间，再结合信号传播速度的知识来计算距离。
这些测距原理在实际应用中有着广泛的应用，如工程测量、导航、环境监测等。
卫星测距的原理
卫星测距的原理
卫星测距是一种通过卫星与地面目标之间的电磁波传输进行距离测量的技术原理。
其
基本原理如下：
1. 卫星发射器和地面目标之间建立通信链路。
卫星发射器通过发射特定频率的电磁
波形成无线信号，将信号传输到地面目标。
2. 地面接收器接收到卫星发射器发送的电磁波信号。
接收器通过接收到的信号进行
处理，并将其转换为电信号。
3. 接收器测量接收到信号的时间。
测量可以通过记录信号发射和接收之间的时间差
来完成。
4. 根据电磁波在真空中的传播速度，将时间差转换为距离。
卫星发射器和地面目标
之间的传播距离可以通过乘以电磁波在真空中的传播速度（通常近似为光速）来得到。
5. 通过多次测量并取平均值来提高距离测量的准确性。
多次测量可以减小测量误差，并提供更准确的结果。
卫星测距技术具有广泛的应用领域，包括地理测绘、导航、通信和军事等。
利用卫星
测距技术，可以实现对地球上目标的精确距离测量，并且可以提供高精度和高可靠性的测
距结果。
雷达测距测速原理
雷达测距测速原理雷达是一种利用电磁波进行测距和测速的技术。
雷达测距测速原理基于电磁波在空间中传播的特性，通过发送电磁波并接收返回信号来计算目标物体的距离和速度。
雷达测距的原理是利用电磁波的传播速度和接收到返回信号的时间差来计算目标物体的距离。
雷达发射器会发射一束电磁波，这束电磁波会在空间中传播，并与目标物体相互作用。
当电磁波与目标物体相互作用后，一部分电磁波会被目标物体反射回来，形成返回信号。
雷达接收器会接收到这个返回信号，并测量从发射到接收的时间差。
根据电磁波在空间中传播的速度，可以通过时间差计算出目标物体与雷达的距离。
雷达测速的原理是基于多普勒效应。
当目标物体相对于雷达静止时，返回信号的频率与发射信号的频率相同。
但是当目标物体相对于雷达运动时，返回信号的频率会发生改变。
根据多普勒效应的原理，当目标物体向雷达靠近时，返回信号的频率会增加；当目标物体远离雷达时，返回信号的频率会减小。
通过测量返回信号的频率变化，就可以计算出目标物体的速度。
雷达测距测速原理的关键在于精确测量发射和接收之间的时间差以及返回信号的频率变化。
为了提高测量的精度，雷达系统通常会采用高频率的电磁波。
高频率的电磁波具有较短的波长，能够更精确地测量距离。
同时，雷达系统还会使用高精度的时钟和频率计算器来确保测量的准确性。
雷达测距测速技术在很多领域都有广泛的应用。
在航空领域，雷达技术可以用于飞机的导航和防撞系统，通过测量其他飞机的距离和速度来确保飞行安全。
在交通领域，雷达技术可以用于交通监控和交通信号灯控制，通过测量车辆的距离和速度来优化交通流量。
在气象领域，雷达技术可以用于天气预报和气象监测，通过测量云层的距离和速度来预测降雨和风暴的情况。
雷达测距测速原理是一种利用电磁波进行测量的技术。
通过测量电磁波的传播时间和频率变化，可以准确计算目标物体的距离和速度。
雷达技术在许多领域都有广泛的应用，为人们的生活和工作提供了便利和安全。
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。
测绘技术中的无线电测距原理与方法
测绘技术中的无线电测距原理与方法近年来，随着科技的发展和测绘技术的不断创新，无线电测距作为一种新型的测绘方法备受关注。
无线电测距技术主要基于电磁波的传播原理，通过测量电磁波的传输时间和速度，来确定目标物体与测距设备之间的距离。
本文将详细介绍无线电测距原理与方法，并探讨其在测绘领域中的应用。
一、无线电测距原理无线电测距技术主要依赖于电磁波在空间中的传播速度。
根据电磁波的特性，无线电测距可以分为两种主要的原理：时间差测距和多普勒测距。
1. 时间差测距时间差测距是通过测量电磁波从发射器到目标物体的传播时间来计算距离的一种方法。
在时间差测距中，通常会发送一束电磁波并记录下发射和接收之间的时间差。
由于电磁波在空间中传播的速度是已知的，通过测量时间差可以反推出目标物体与测距设备之间的距离。
这种方法在传输时间精确的情况下，可以实现较高的距离测量精度。
2. 多普勒测距多普勒测距则是利用物体运动引起的频率改变来进行测距的方法。
当物体靠近或远离测距设备时，电磁波的频率会发生变化，这是由于多普勒效应造成的。
根据频率的变化，可以计算出目标物体与测距设备之间的距离。
多普勒测距主要应用于对运动目标的测距，例如航空领域的飞机速度测量。
二、无线电测距方法无线电测距方法主要分为两种：主动测距和被动测距。
1. 主动测距主动测距是通过发送信号以测量目标物体与测距设备之间的距离。
主动测距通常采用雷达技术，即利用无线电波的特性发送脉冲信号并接收其反射信号。
通过测量脉冲信号的传播时间和接收到的反射信号的强度，可以计算出目标物体与测距设备之间的距离和方位。
主动测距广泛应用于航空、海洋等领域的远距离测距。
2. 被动测距被动测距则是通过接收已经存在的信号进行测距，而不需要发送信号。
被动测距的一个常见方法是利用全球导航卫星系统（GNSS）来定位和测距。
GNSS系统包括了GPS（全球定位系统）、GLONASS（格洛纳斯）等多个卫星系统。
通过接收卫星发出的信号，测距设备可以计算出接收器与卫星之间的距离，从而实现测距定位。
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。
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§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。
（2）中程光电测距仪：测程在3～15km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JCY-2、DCS-1，精度可达±（lOmm+1 ×10-6D），瑞士的ME5000精度可达×（0.2mm+0.2×10-6D）、DI5、DI20，瑞典的AGA-6、AGA-14A等精度均可达到±（5mm+5PPm）。
（3）远程激光测距仪：测程在15km以上的光电测距仪，精度一般可达±(5mm+1×10-6D），能满足国家一、二等控制网的边长测量。
如瑞典的AGA-8、AGA-600，美国的Range master，我国研制成功的JCY-3型等。
中、远程光电测距仪，多采用氦-氖（He-Ne）气体激光器作为光源，也有采用砷化镓激光二极管作为光源，还有其他光源的，如二氧化碳（CO2）激光器等。
由于激光器发射激光具有方向性强、亮度高、单色性好等特点，其发射的瞬时功率大，所以，在中、远程测距仪中多用激光作载波，称为激光测距仪。
根据测距仪出厂的标称精度的绝对值，按lkm 的测距中误差，测距仪的精度分为三级，如表4-1所示。
表4-1 测距仪的精度分级电磁波测距是通过测定电磁波束，在待测距离上往返传播的时间D t 2来计算待测距离D 的，如图4-1所示，电磁波测距的基本公式为D ct D 221= （4-1） 式中 c ——电磁波在大气中的传播速度。
电磁波在测线上的往返传播时间D t 2，可以直接测定，也可以间接测定。
直接测定电磁波传播时间是用一种脉冲波，它是由仪器的发送设备发射出去，被目标反射回来，再由仪器接收器接收，最后由仪器的显示系统显示出脉冲在测线上往返传播的时间D t 2或直接显示出测线的斜距，这种测距仪称为脉冲式测距仪。
间接测定电磁波传播时间是采用一种连续调制波，它由仪器发射出去，被反射回来后进入仪器接收器，通过发射信号与返回信号的相位比较，即可测定调制波往返于测线的迟后相位差中小于2π的尾数。
用n 个不同调制波的测相结果，便可间接推算出传播时间D t 2，并计算（或直接显示）出测线的倾斜距离。
这种测距仪器称为相位式测距仪。
目前这种仪器的计时精度达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，我们将讨论用于控制测量的相位式光电测距仪。
4.1.2 相位式光电测距仪的基本公式如图4-2（a ）所示，测定B A ,两点的距离D ，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4-2（b ））。
调制波在经过往返距离2D 后，相位延迟了Φ。
我们将B A ,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4-2（c ）所示。
图4-1图4-2设调制波的调制频率为f ，它的周期f T /1=，相应的调制波长f c cT /==λ。
由图4-2（c ）可知，调制波往返于测线传播过程所产生的总相位变化Φ中，包括N 个整周变化π2⨯N 和不足一周的相位尾数∆Φ，即∆Φ+⨯=Φπ2N （4-2）根据相位Φ和时间D t 2的关系式D wt 2=Φ，其中w 为角频率，则)2(21/2∆Φ+⨯=Φ=ππN fw t D 将上式代入（4-1）式中，得)()2/(2N N L N fc D ∆+=∆Φ+=π （4-3） 式中 2/2/λ==f c L ——测尺长度；N ——整周数；π2/∆Φ=∆N ——不足一周的尾数。
（4-3）式为相位式光电测距的基本公式。
由此可以看出，这种测距方法同钢尺量距相类似，用一把长度为2/λ的“尺子”来丈量距离，式中N 为整尺段数，而2λ⨯∆N 等于L ∆为不足一尺段的余长。
则L NL D ∆+=（4-4） 式中，L f c ,,为已知值，N ∆∆Φ,或L ∆为测定值。
由于测相器只能测定∆Φ，而不能测出整周数N ，因此使相位式测距公式（4-3）式或（4-4）式产生多值解。
可借助于若干个调制波的测量结果（ 21,N N ∆∆或 21,L L ∆∆）推算出N 值，从而计算出待测距离D 。
L ∆或N ∆和N 的测算方法，有可变频率法和固定频率法。
可变频率法是在可变频带的两端取测尺频率1f 和2f ，使1L ∆或1N ∆和2L ∆或2N ∆等于零，亦即1∆Φ和2∆Φ均等于零。
这时在往返测线上恰好包括1N 个整波长1λ和2N 个整波长2λ，同时记录出从1f 变至2f 时出现的信号强度作周期性变化的次数，即整波数差（12N N -）。
于是由（4-4）式，顾及2/,2/2211λλ==L L 和021=∆=∆L L 有22112121λλN N D == （4-5） 解算上式，可得121121λλλ--=N N N 221122λλλ--=N N N 按上式算出1N 或2N ，将其代入（4-5）式便可求得距离D ，按这种方法设计的测距仪称为可变频率式光电测距仪。
固定频率法是采用两个以上的固定频率为测尺的频率，不同的测尺频率的L ∆或N ∆由仪器的测相器分别测定出来，然后按一定计算方法求得待测距离D 。
这种测距仪称为固定频率式测距仪。
现今的激光测距仪和微波测距仪大多属于固定频率式测距仪。
4.1.3 测尺频率的选择如前所述，由于在相位式测距仪中存在N 的多值性问题，只有当被测距离D 小于测尺长度2/λ时（即整尺段数N =0），才可以根据∆Φ求得唯一确定的距离值，即N L D ∆⨯=∆Φ⨯=πλ22 如只用一个测尺频率1f =15 MHz 时，我们只能测出不足一个测尺长度)m 102(111==f c L l 的尾数，若距离D 超过1L （10m ）的整尺段，就无法知道该距离的确切值，而只能测定不足一整尺的尾数值D N L L ∆=∆⨯=∆111，如图4-3所示。
若要测出该距离的确切值，必须再选一把大于距离D 的测尺2L ，其相应测尺频率2f ，测得不足一周的相位差2∆Φ，求得距离的概略值D '为22222/N L L D ∆⨯=∆Φ⨯='π将两把测尺频率的测尺1L 和2L 测得的距离尾数D ∆和距离的概略值D '，组合使用得到该距离的确切值为D D D ∆+'=（4-6） 综上所述，当待测距离较长时，为了既保证必需的测距精度，又满足测程的要求。
在考虑到仪器的测相精度为千分之一情况下，我们可以在测距仪中设置几把不同的测尺频率，即相当于设置了几把长度不同、最小分划值也不相同的“尺子”，用它们同测某段距离，然后将各自所测的结果组合起来，就可得到单一的、精确的距离值。
图4-31. 直接测尺频率方式短、中程测距仪（激光或红外测距仪），常采用直接测尺频率方式，一般用两个或三个测尺频率，其中一个精测尺频率，用它测定待测距离的尾数部分，保证测距精度。
其余的为粗测尺频率，用它测定距离的概值，满足测程要求。
例如AGA-116型红外短程测距仪使用两个测尺频率，精测尺频率15MHz ，测尺长度为10m ；粗测尺频率为150kHz ，测尺长为1000m 。
由于仪器的测定相位精度通常为千分之一，即测相结果具有三位有效数字，它对测距精度的影响随测尺长度的增大而增大，则精测尺可测量出厘米，分米和米位的数值；粗测尺可测量出米、十米和百米的数值。
这两把测尺交替使用，将它们的测量结果组合起来，就可得出待测距离的全长。
如果用这两把尺子来测定一段距离，则用10m 的精测尺测得5.82 m ，用1000m 的粗测尺测得785 m ，二者组合起来得出785.82 m 。
这种直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距离的方式，称为“直接测尺频率”的方式。
2. 间接测尺频率方式在测相精度一定的条件下，如要扩大测程，同时又保持测距精度不变，就必须增加测尺频率，如表4-2。
表4-2由表4-2看出，各直接测尺频率彼此相差较大。
而且测程愈长时，测尺频率相差愈悬殊，此时最高测尺频率和最低测尺频率之间相差达万倍。
使得电路中放大器和调制器难以对各种测尺频率具有相同的增益和相移稳定性。
于是，有些远程测相位式测距仪改用一组数值上比较接近的测尺频率，利用其差频频率作为间接测尺频率，可得到与直接测尺频率方式同样的效果。
其工作原理如下：设用二个测尺频率1f 和i f 分别测量同一距离D ，按（4-3）式可写出1112/)(f N N c D ∆+=i i i f N N c D 2/)(∆+=上两式相减并移项后得)]()[()(2111i i i N N N N f f c D ∆-∆+--= （4-7） 令i i f f f 11)(=-称为间接测尺频率，i i N N N 11=-为间接测尺的整波数，i N N ∆-∆1i N 1∆=称为间接测尺的余波数。