第二节电磁波测距讲诉
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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
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。
光脉冲发射器
光电接收器
电
子
时标脉冲
门
振荡器
取样棱镜
脉冲法测距的工作原理框图
计数及显 示系统
t 2D nt （光脉冲在测线上往返传播的时间）
D
1 2
Ct2 D
D C nt nd 2
只要选定一个d值(10m、 5m、1m)，记录计数系 统的脉冲数目n，就可把 所测距离（nd）显示出 来。
式中:n为时标脉冲的个数；d=C·t/2，即在时间t内光脉冲 所走的一个单位距离。
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。
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。
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
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
测量员岗位知识 第四章 距离测量
l l l0
l l l0
任一长的温度与钢尺检定时的温度不同，尺长会 发生变化。
lt (t t0 )l
式中： 0.0000125 / 10 C, 钢尺膨胀系数
•倾斜改正
lh d l (l 2 h 2 )1/ 2 l h 2 1/ 2 l[(1 2 ) 1] l h2 1 h4 l[(1 2 4 ) 1] 2l 8 l h2 2l
解： DAB nl q 4 30 m 9.98 m 129.98 m
DBA nl q 4 30 m 10.02 m 130.02 m
1 1 Dav ( DAB DBA ) (129.98 m 130.02 m) 130.00 m 2 2
DAB DBA 129.98 m 130.02 m 0.04 m 1 K Dav 130.00 m 130.00 m 3250
A
1
2
3
4
5
B
仪器定线：如下图
４．两点间互不通视的定线 如图4-7所示，设AB两点在山头两侧，互不通视。定 线时，甲持标杆选择靠近AB方向的①1点立标杆，① 1点要靠近A点并能看见Ｂ点。甲指挥乙将所持标杆 定在①1B直线上，标定出②1点位置，要求②1点靠近 B点，并能看见A点。然后由乙指挥甲把标杆移动到 ②1A直线上，定出①2点。这样互相指挥，逐渐趋近， 直到①点在A②直线上，②点在①B直线上为止。这 时①、②两点就在A、B直线上了。
量距记录表
工程名称：×-× ×× 钢尺型号：5#(30m) 日期：2006. 01.08 天气：晴天 量距：×××; × 记录：×××
测线
整尺 段
零尺段
总计
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相位式（间接测定时间）
Hale Waihona Puke 测绘工程学院地形测量
（1）脉冲式
脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成
一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测
距离上往返传播的时间来计算距离。
f
0
t
2D
qT0
q f0
：脉冲的振荡频率
q：计数器计得的时钟
脉冲个数
计数器只能记忆整数个时钟脉冲，不 足一周期的时间被丢掉了。测距精度较 低，一般在“米”级，最好的达“分米”级。
(5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。 (6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。
测绘工程学院
建筑工程测量中应用较多的是短程 红外光电测距仪。
测绘工程学院
地形测量
1.测距原理
光电测距仪是通过测量光波在待测距离
D上 往、返传播的时间t2D，计算待测距离D：
D
1 2
ct 2 D
式中：c — 光波在空气中的传播速度
测绘工程学院
地形测量
2.测距方法
光电测距仪按照t2D的不同测量方式 ， 可分为：脉冲式（直接测定时间）
脉冲测距原理图 测绘工程学院
地形测量
（2）相位式
相位式光电测距仪是将发射光强调制成
正弦波的形式，通过测量正弦光波在待测距
离上往、返传播的相位移来解算时间。 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称
展开后的图形：
2N
测绘工程学院
地形测量
由于
t 2 f t2D
，所以
t 2N 2f
则： D
短低程，测 一距般仪在“—米”测级程，小最于好5的km达；“分a米—”级。固定误差，单位为mm；
电磁波测距及其距离测量
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
2020年5月13日4时42分
8
控制测量学
4.2 电磁波测距仪的原理及分类
二、电磁波测距仪的分类 电磁波测距仪精度公式
mD A BD
A： 固定误差
BD ：比例误差 B : ppm 10 6
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14
控制测量学
4.9 测距成果的归算
2. 周期误差改正 周期误差是指按一定的距离为周期重复出现的误差，
详细地说就是指由于测距仪光学和电子线路的光电信号窜 扰而使待测距离尾数呈现按精测尺长为周期变化的一种误 差。
由专业机构进行检测，当测距精度要求较高，且振幅 值大于仪器固定误差的1/2时，应加此项改正。
4.10 误差来源及精度估计
测距精度指标
衡量仪器的测距精度，一是仪器的内部符合精度， 二是仪器的外部符合精度。
内部符合精度：指仪器对同一距离进行多次观测， 其观测值之间的符合程度。
它反映了仪器的测相误差以及外界大气条件的影响 外部符合精度：指用测距仪在基线上比测后，所得 到的量测值与基线比较而求得的精度指标。 每台仪器出厂时的标准精度也是外部符合精度。
当距离较远时，因受大气垂直折光的影响， 不是直线，是一条半径为的弧线。把弧长 化为弦长的改正称为第一速度改正。
Dg
D D
k2
24 R 2
D3
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控制测量学
4.9 测距成果的归算
第二速度改正：
电磁波传播速度随大气垂直折射率不同而有差异。实际 测距时，一般只是在测线两端测定气象元素，由此求出平 均值，代替严格意义下的测线折射率的积分平均值。由此 而产生的改正称为第二速度改正
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2、测距仪的标称精度:
m D (a 106 bD )
式中：m—D 测距中误差，单位为mm；
a — 固定误差，单位为mm； b — 比例误差系数； D — 距离,单位为km 。
例如:某测距仪的标称精度为
mD (5mm 510 6 D)
现用它观测一段1200m的距离，则测距精度为:
m (5mm 5 10 6 1.2km) 11mm
( 10通6 常写作ppm)
四、测距方法（补充）
电磁波测距仪按照t2D的不同测量方式， 可分为：
脉冲式（直接测定时间）
相位式（间接测定时间）
1、脉冲法测距
脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成
一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测
距离上往返传播的时间来计算距离。
t2D
qT0
q f0
f0 ：脉冲的振荡频率
第二节 电磁波测距
一、概述
电磁波测距仪是用电磁波（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。
电磁波测距仪的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制少等优点。 3、作业快、工作强度低。
红外测距仪
电磁波测距仪的分类： 按所采用的载波可分为
1、以光波作为裁波的光电测距仪 2、以微波作为载波的微波测距仪
q：计数器计得的时钟 脉冲个数
由于计数器的频率一般300MHz， 测距精度为O.5m，精度较低。
脉冲测距原理图
2、相位法测距
相位式光电测距仪是将发射光强调Fra bibliotek成正弦波的 形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的 相位差来间接测定时间。 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：
2N
电磁波测距仪按光源的不同又分为普通光测距 仪、激光测距仪和红外测距仪。其中，普通光测 距仪早已淘汰；激光测距仪多用于远程测距；红 外测距仪则用于中、短程测距，在工程测量中应 用广泛。微波测距仪的精度低于光电测距仪，在 工程测量中应用较少。
电磁波测距仪的分类： 按测程可分为①短程测距仪，＜5km ②中程测距仪，5～15km ③远程测距仪，＞15km
返回
六、电磁波测距仪使用的注意事项
(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。 (2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。 (3) 仪器长期不用时，应将电池取出。 (4) 测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体 和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。 (5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。 (6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。
2、相位法测距
由于 t 2 f t2D ,所以
t 2N 2f
顾及：c f
故有：D c (N )＝（N＋N）
2f
2 2
式中
N＝
2
， 0 N 1
五、电磁波测距仪的方法
(1) 在待测距离的一端（测站点）安置经纬仪和测距仪， 经纬仪对中、整平，打开测距仪的开关，检查仪器是否 正常。 (2)在待测距离的另一端安置反射棱镜，反射棱镜对中、 整平后，使棱镜反射面朝向测距仪方向。 (3) 在测站点上用经纬仪望远镜瞄准目标棱镜中心，按 下测距仪操作面板上的测量功能键进行测量距离，显示 屏即可显示测量结果。
输入气温、气压或用有关公式计算出值后,再输入。
2、倾斜改正
有：
，由测距仪自动改正。
三、电磁波测距原理
一、测距原理
电磁波测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返 传播的时间t2D，计算待测距离D：
D
1 2 ct2D
式中：c — 光波在空气中
的传播速度
测程及测距仪的精度：
1、测程：测距仪一次所能测的最远距离。
按测量精度可分为①Ⅰ级， m＜D5mm ②Ⅱ级， 5mm ≤ mD≤10mm
③ Ⅲ级， ＞10mmmD
mD 为1KM测距的中误差
二、电磁波测距仪的基本结构
❖反射器
单棱镜、三棱镜反射器
❖测距仪使用——一般安装在经纬仪上使用。 1、常数设置 （1）设置棱镜常数（PRISM）。
一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm。 （2）设置乘常数。
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m D (a 106 bD )
式中：m—D 测距中误差，单位为mm；
a — 固定误差，单位为mm； b — 比例误差系数； D — 距离,单位为km 。
例如:某测距仪的标称精度为
mD (5mm 510 6 D)
现用它观测一段1200m的距离，则测距精度为:
m (5mm 5 10 6 1.2km) 11mm
( 10通6 常写作ppm)
四、测距方法（补充）
电磁波测距仪按照t2D的不同测量方式， 可分为：
脉冲式（直接测定时间）
相位式（间接测定时间）
1、脉冲法测距
脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成
一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测
距离上往返传播的时间来计算距离。
t2D
qT0
q f0
f0 ：脉冲的振荡频率
第二节 电磁波测距
一、概述
电磁波测距仪是用电磁波（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。
电磁波测距仪的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制少等优点。 3、作业快、工作强度低。
红外测距仪
电磁波测距仪的分类： 按所采用的载波可分为
1、以光波作为裁波的光电测距仪 2、以微波作为载波的微波测距仪
q：计数器计得的时钟 脉冲个数
由于计数器的频率一般300MHz， 测距精度为O.5m，精度较低。
脉冲测距原理图
2、相位法测距
相位式光电测距仪是将发射光强调Fra bibliotek成正弦波的 形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的 相位差来间接测定时间。 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：
2N
电磁波测距仪按光源的不同又分为普通光测距 仪、激光测距仪和红外测距仪。其中，普通光测 距仪早已淘汰；激光测距仪多用于远程测距；红 外测距仪则用于中、短程测距，在工程测量中应 用广泛。微波测距仪的精度低于光电测距仪，在 工程测量中应用较少。
电磁波测距仪的分类： 按测程可分为①短程测距仪，＜5km ②中程测距仪，5～15km ③远程测距仪，＞15km
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六、电磁波测距仪使用的注意事项
(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。 (2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。 (3) 仪器长期不用时，应将电池取出。 (4) 测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体 和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。 (5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。 (6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。
2、相位法测距
由于 t 2 f t2D ,所以
t 2N 2f
顾及：c f
故有：D c (N )＝（N＋N）
2f
2 2
式中
N＝
2
， 0 N 1
五、电磁波测距仪的方法
(1) 在待测距离的一端（测站点）安置经纬仪和测距仪， 经纬仪对中、整平，打开测距仪的开关，检查仪器是否 正常。 (2)在待测距离的另一端安置反射棱镜，反射棱镜对中、 整平后，使棱镜反射面朝向测距仪方向。 (3) 在测站点上用经纬仪望远镜瞄准目标棱镜中心，按 下测距仪操作面板上的测量功能键进行测量距离，显示 屏即可显示测量结果。
输入气温、气压或用有关公式计算出值后,再输入。
2、倾斜改正
有：
，由测距仪自动改正。
三、电磁波测距原理
一、测距原理
电磁波测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返 传播的时间t2D，计算待测距离D：
D
1 2 ct2D
式中：c — 光波在空气中
的传播速度
测程及测距仪的精度：
1、测程：测距仪一次所能测的最远距离。
按测量精度可分为①Ⅰ级， m＜D5mm ②Ⅱ级， 5mm ≤ mD≤10mm
③ Ⅲ级， ＞10mmmD
mD 为1KM测距的中误差
二、电磁波测距仪的基本结构
❖反射器
单棱镜、三棱镜反射器
❖测距仪使用——一般安装在经纬仪上使用。 1、常数设置 （1）设置棱镜常数（PRISM）。
一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm。 （2）设置乘常数。
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