光电测距 尾明冶金高羊科学校 第四章光电测距仪 建立高精度平面控制网和进行电磁浪测距三角高程时,需要进行 精密距离测量。当前,主要采用电磁被测距仪进行距离测量。本章主 要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理;电磁浪测距仪的误差来 源极其影响;地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是解决平面 0控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的斜距观测问 ◆> 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 1 昆明冶金高等专科学校 [本章提要] 建立高精度平面控制网和进行电磁波测距三角高程时，需要进行 精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本章主 要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理；电磁波测距仪的误差来 源极其影响；地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是解决平面 控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的斜距观测问 题。 第四章 光电测距仪
光电测距 尾明冶金高羊科学校 知识点 (2)位式光电测距仪的工作原 (3)测误来及影 (4)测结果的 0 (5)子全仪 [题] /2 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 2 昆明冶金高等专科学校 知识点 (1)电磁波测距基本原理； (2)相位式光电测距仪的工作原理 ； (3)测距误差来源及其影响 ； (4)观测结果的化算 ； (5)电子全站仪 。 [习题]
光电测距 尾明冶金高羊科学校 、电磁波测距基本原理 光电测距仪按仪器测程分类: 短程光电测距仪:测程在3km以内,测距精度一般在lcm左右。如 4我国的HGC1、DcH2、DCH3、DCH05等精度均可达 ±(5mm+5×105 7>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 10JcY-2、DCS-1,精度可达±(|omm+1×106)。 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+1×106),能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我 3/2 心国研制成功的CY3型等。 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 3 昆明冶金高等专科学校 一、电磁波测距基本原理 光电测距仪按仪器测程分类： ➢短程光电测距仪：测程在3km以内，测距精度一般在lcm左右。如 我国的 HGC-1 、 DCH-2 、 DCH3 、 DCH-05 等精度均可达 ±(5mm+5× 10-6)。 ➢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 ×10-6）。 ➢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+1×10-6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我 国研制成功的JCY-3型等
光电测距 尾明冶金高羊科学校 相位式光电测距仪的基本公式 (N+△/2m)=L(N+△N) D 式中 △2x测尺长度 整周数; c/2不足一周的尾数 7>测尺频率的选择 8直接测尺频率方式:直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距 离的方式,。 10间接测尺频率方式:用差频作为测尺频率进行测距的方式。 测尺频率的确定:一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测 尺频率;而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。 4/2 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 4 昆明冶金高等专科学校 ➢相位式光电测距仪的基本公式 ( / 2 ) ( ) 2 N L N N f c D = + = + 式中： ——测尺长度； ——整周数； L = c / 2——f = / 不足一周的尾数 2 N N = / 2 ➢测尺频率的选择 直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距 离的方式，。 间接测尺频率方式：用差频作为测尺频率进行测距的方式 。 测尺频率的确定：一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测 尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率
光电测距 尾明冶金高羊科学校 对于采用直接测尺频率方式的测距仪,精测尺频率的确定,依 据测相精度,主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接,还要使 确定的测尺长度便于计算 例如我国的HGC-1型及长征DCH-1型红外测距仪,确定精测 3长=10m和粗测尺长=1000m的精测尺频率和粗测尺频率。 4测尺频率可依下式确定: C 2Lu 2nL 式中 光波在大气中的传播速度 大气折射率; 0 n-光波在真空中的传播速度; q调制频率(测尺频率)。 5/2 返回本章目录 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 5 昆明冶金高等专科学校 对于采用直接测尺频率方式的测距仪，精测尺频率的确定，依 据测相精度，主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要使 确定的测尺长度便于计算。 例如我国的HGC-1型及长征DCH-1型红外测距仪，确定精测 尺长=10m和粗测尺长=1000m的精测尺频率和粗测尺频率。 测尺频率可依下式确定： i i i nL c L c f 2 2 0 1 = = 式中: ——光波在大气中的传播速度； ——大气折射率； ——光波在真空中的传播速度； ——调制频率（测尺频率）。 c n 0 c i f 返回本章目录
光电测距 尾明冶金高羊科学校 二、相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的工作原理 主振器 调制器 外光路 廖考信号 内 本振器 光源|光 反射 混频器 路 0 显示器上相位计 侧距信号 混频器 接收器 6/2 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 6 昆明冶金高等专科学校 二、相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的工作原理
光电测距 尾明冶金高羊科学校 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光源 相位式测距仪的光源,主要有砷化镓(GaAs)二极管和氦-氖 (He-Ne)气体激光器。前者一般用于短程测距仪中,后者用于中 远程测距仪中 4>调制器 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浪上,使发 0 射光的振幅随测距信号电压而变化,成为—种调制光。 棱镜反射器 在使用光电测距仪进行精密测距时,必须在测线的另一端安置 7/2-个反射器,使发射的调制光经它反射后,被仪器接收器接收。 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 7 昆明冶金高等专科学校 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 ➢光源 相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs）二极管和氦-氖 （He-Ne）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中 远程测距仪中。 ➢调制器 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。 ➢棱镜反射器 在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置 一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收
光电测距 尾明冶金高羊科学校 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光电转换器件 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,对此要采用光电转 4换器件来完成这项工作。用于测距仪的光电转换器件通常有光电二 极管,雪崩光电〓极管和光电倍增管。 6>差频测相 目前相位式测距仪都采用差频测相,即就是使高频测距信号和高 频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频,成为测距和 基准低频信号。在比相时,由于低频信号的频率大幅度降低(如精 0测尺频率为15MHz,混频后低频为4kH时,降低了3750倍) 周期相应扩大,即表象时间得到放大,这就大大地提高了测相精度 自动数字测相 随着集成电路和数字技术的发展,为测距仪向自动化和数字化方 8/2向发展提供了条件。目前许多中、短程测距仪几乎都采用自动数字 心测相技术以及距离的数字显示。 返回本章目录 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 8 昆明冶金高等专科学校 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 ➢光电转换器件 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，对此要采用光电转 换器件来完成这项工作。用于测距仪的光电转换器件通常有光电二 极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。 ➢差频测相 目前相位式测距仪都采用差频测相，即就是使高频测距信号和高 频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频，成为测距和 基准低频信号。在比相时，由于低频信号的频率大幅度降低（如精 测尺频率为15MHz，混频后低频为4kHz时，降低了3750倍）， 周期相应扩大，即表象时间得到放大，这就大大地提高了测相精度。 ➢自动数字测相 随着集成电路和数字技术的发展，为测距仪向自动化和数字化方 向发展提供了条件。目前许多中、短程测距仪几乎都采用自动数字 测相技术以及距离的数字显示。 返回本章目录
光电测距 尾明冶金高羊科学校 三、测距误差来源及其影响 测距误差的主要来源 MS=DJ mco )+(+( mt+ my t 上式中的各项误差影响,就其方式来讲,有些是与距离成比例的 7这些误差称为“比例误差;另一些误差影响与距离长短无关。称 其为“固定误差”。对于式中偶然性误差的影响,我们可以采取不 同条件下的多次观测来削弱其影响;而对系统性误差影响则不然, 0 但我们可以事先通过精确检定,缩小这类误差的数值,达到控制其 影响的目的。 9/2 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 9 昆明冶金高等专科学校 三、测距误差来源及其影响 测距误差的主要来源 ： 2 2 2 2 2 2 2 0 2 2 4 0 K l c f n S m m m n m f m c m M D + + + + + = 上式中的各项误差影响，就其方式来讲，有些是与距离成比例的。 这些误差称为“比例误差”；另一些误差影响与距离长短无关。称 其为“固定误差” 。对于式中偶然性误差的影响，我们可以采取不 同条件下的多次观测来削弱其影响；而对系统性误差影响则不然， 但我们可以事先通过精确检定，缩小这类误差的数值，达到控制其 影响的目的
光电测距 尾明冶金高羊科学校 比例误差的影响 光速值的误差影响 光速值对测距误差的影响甚微,可以忽略不计。 3>调制频率的误差影响 调制频率的误差,包括两个方面,即频率校正的误差(反映了频 率的精确度)和频率的漂移误差(反映了频率稳定度)。频率误差 影响在精密中远程测距中是不容忽视的,作业前后应及时进行频率 8检校,必要时还得确定晶体的温度偏频曲线,以便给以频率改正。 9>大气折射率的误差影响 0 正确测定测站和镜站上的气象元素,并使算得的大气折射系数 与传播络径上的实际数值十分接近,可以大大地减少大气折射的误 差影响,这对精密中、远程测距乃是十分重要的。 0/2 冈≤
光电测距 7 8 9 10 6 5 4 3 2 1 /2 9 10 昆明冶金高等专科学校 比例误差的影响 ： ➢光速值的误差影响 光速值对测距误差的影响甚微，可以忽略不计。 ➢调制频率的误差影响 调制频率的误差，包括两个方面，即频率校正的误差（反映了频 率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频率稳定度）。频率误差 影响在精密中远程测距中是不容忽视的，作业前后应及时进行频率 检校，必要时还得确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正。 ➢大气折射率的误差影响 正确测定测站和镜站上的气象元素，并使算得的大气折射系数 与传播络径上的实际数值十分接近，可以大大地减少大气折射的误 差影响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的