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。
电磁波测距仪的原理

电磁波测距仪的原理咱先想象一下电磁波,它就像是一群超级小的精灵,在空气中跑来跑去。
电磁波测距仪呢,就像是这些小精灵的指挥官。
当测距仪开始工作的时候,它会先派出一波电磁波小精灵。
这些小精灵啊,速度超级快,快得就像闪电侠一样,它们以光速在空间里穿梭。
你看啊,测距仪这边发出电磁波,这个电磁波就朝着目标飞奔而去。
比如说我们要测量这个房子到那个电线杆的距离。
电磁波就像个勇敢的小信使,直直地朝着电线杆冲过去。
当电磁波碰到电线杆这个目标的时候呢,就像小球撞到墙上一样,会被反射回来。
这时候啊,测距仪就在那等着电磁波小精灵回来呢。
它就像一个耐心的妈妈在等孩子回家。
电磁波回来的时候啊,测距仪就开始计算啦。
它知道电磁波的速度是光速,这可是个固定的值,就像我们知道汽车在高速上有个最高限速一样。
然后它根据电磁波出去再回来总共花费的时间,就能算出距离啦。
就好比你让你的小宠物从这个房间跑到那个房间再跑回来,你知道它跑得有多快,然后你看它总共花了多久,就能算出两个房间之间的距离啦。
电磁波测距仪也是这么个道理。
它发出电磁波到接收到反射回来的电磁波,这个时间差一乘以光速,再除以2(因为电磁波跑了个来回),就得到我们想要的距离啦。
而且啊,这个测距仪还很聪明呢。
它不管是测量短距离,像咱们家里房间的长度,还是长距离,像两座山之间的距离,都能搞定。
不过呢,要是中间有什么东西干扰了电磁波小精灵的路线,那可就有点小麻烦啦。
比如说有一大块金属在中间,就可能会把电磁波给挡住或者让它拐个弯,这样测距仪算出来的距离就可能不准啦。
但是总的来说,电磁波测距仪真的超级方便呢。
在建筑工地上,工人们用它来测量建筑物的长度、高度和宽度,就不用像以前那样拿着尺子一点点量啦,效率提高了好多好多。
在测绘人员那里,他们背着这个小仪器,在野外跑来跑去测量地形,有了它就轻松多啦。
还有哦,现在的电磁波测距仪越来越小巧轻便啦。
以前可能是那种很大个的仪器,现在有的都能做成小小的手持式的,就像我们的手机一样方便携带。
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。
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。
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。
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
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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ME300Q精度可达土-6(0.2mm+0.5 X 10 D ) ;DM502、DI3S、DM,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,精度均可达土(5mm+5< -610 D );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,精度可达土 (IOmm+1-6 -6X 10- D ),瑞士的ME5000精度可达X (0.2mm+0.2X 10- D )、DI5、DI20 ,瑞典的AGA-6 AGA-14A等精度均可达到±( 5mm+5PP)(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 -6X 10 D ),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( CQ )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。
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 t 2D ,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 t 2D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 2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 t 2D ,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A,B 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。
我们将A,B 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。
测距中误差mm测距仪精度等级小于5I 5〜10 n 11 〜20m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 t 2D 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 2D2(4-1)图4-1图4-2设调制波的调制频率为 f ,它的周期T 1/f ,相应的调制波长 cT c/f 。
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 中,包括N 个整周变化N 2和不足一周的相位尾数,即N 2( 4-2)根据相位 和时间t 2D 的关系式Wt 2D ,其中W 为角频率,则 1t 2D/W 2f (N 2)将上式代入(4-1 )式中,得cD (N /2 ) L (N N )(4-3)式中 L c/2f/2——测尺长度; N ――整周数;N /2 ——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的“尺子”来丈量距离,式中N 为整尺段数,而N —等2于L 为不足一尺段的余长。
则D NL L( 4-4)式中,c, f ,L 为已知值, ,N 或L 为测定值。
由于测相器只能测定,而不能测出整周数 N ,因此使相位式测距公式(4-3)dSr BID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(N i, N2或L i, L2 )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f l和f2,使L i或N i和L2或N2等于零,亦即1和2均等于零。
这时在往返测线上恰好包括N i个整波长1和N2个整波长2,同时记录出从f l变至f2时出现的信号强度作周期性变化的次数,即整波数差(N2 N i )。
于是由(4-4)式,顾及L i i /2, L2 2/2和L i L2 0有(4-5) 解算上式,可得N2 N i按上式算出N i或N2,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.i.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时(即整尺段数N=0),才可以根据求得唯一确定的距离值,即如只用一个测尺频率f i =i5 MHz时,我们只能测出不足一个测尺长度cl i(L i — iOm)的尾数,若距离D超过L i (iOn)的整尺段,就无法知道该距离的确2f i切值,而只能测定不足一整尺的尾数值L i L i N i D,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L2,其相应测尺频率f2,测得不足一周的相位差2,求得距离的概略值D为D L2 2/2 L2 N2将两把测尺频率的测尺L i和L2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(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。
1.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 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。
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f1和f i分别测量同一距离D,按(4-3 )式可写出D c(N1 NJ/2f1D c(N i N i)/2f i上两式相减并移项后得cD [(N N i) ( N1 N i)] (4-7)2(f1 f i)令(f1 f i) f1i称为间接测尺频率,N1 N i N1i 为间接测尺的整波数,N1 N iN ii 称为间接测尺的余波数。
则上式可改写为式中 L ii ――间接测尺长度。
2f ii上式表明,同一距离上用两个测尺频率测得不足一整周的尾数 N 1和 M ,其差数(N iN i )与直接用差频f ii 测得的尾数 N ii ,是一致的。
于是,我们可以选择一组相近的测尺频率f i ,f 2,f 3(见表4-3第一栏)进行测量,测得各自的尾数为N i , N 2,N 3 。