《光电测距仪》word版

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1、第四章光电测距仪[本章摘要]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。§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

2、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：

3、（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+0.5×10-6）；DM502、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ELTA2，ELDI2等，精度均可达±(5mm+5×10-6)；原东德的EOT2000，我国的HGC-1、DCH-2、DCH3、DCH-05等。短程光电测距

4、仪，多采用砷化镓48（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+1×10-6），瑞士的ME5000精度可达×（0.2mm+0.2×10-6）、DI5、DI20，瑞典的AGA-6、AGA-14A等精度均可达到±（5mm+

5、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+1×10-6），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Rangemaster，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

6、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测距仪的精度分级测距中误差mm测距仪精度等级小于55～1011～20ⅠⅡⅢ图4-1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来计算待测距离的，如图4-1所示，电磁波测距的基本公式为（4-1）式中——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，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或直接显示出测线的斜距，这种测距仪称为脉冲式

7、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。用个不同调制波的测相结果，便可间接推算出传播时间，48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

8、两点的距离，将相位式光电测距仪整置于点（称测站），反射器整置于另一点（称镜站）。测距仪发射出连