3电磁波测距1.ppt

几何量电子传感测量 电磁波测距 电磁波测距的一般原理 脉冲式光电测距 相位式光电测距 干涉式激光测距 微波干涉测距 微波伪码测距 电磁波测距仪的一般工作原理 电磁波测距的原理就是利用电磁波的直线传播特性和波速稳定特性，通过测出两点之间的电磁波传播延迟时间进而间接测得直线距离的过程。 光电测距仪的一般原理 AB两点间的距离是D，往返时间是t2D，电磁波在大气中的速度是V 则： D＝V t2D/2 t2D可由测距仪中的测时系统测出 大气中的波速V=c/n，也是可以通过大气温度、湿度、压力来求出的 于是： D=ct2D /2n 不确定度公式表明： 若要获得mm数量级的距离测量可靠度，时间测量结果的不确定度必须达到10-11秒数量级。 测距电磁波和基本方法 用于测距的电磁波 微波 激光 红外线 电子测距的基本方法 脉冲法测距 干涉法测距 相位法测距 脉冲式光电测距 脉冲法测距就是直接测定间断电磁脉冲信号在被测距离上往返传播所需的时间t2D，利用公式计算距离D 脉冲测距的测时方法 当测距仪向反射器发射一个脉冲信号的同时，同时还给触发器发出一个触发脉冲，经过触发器去打开电子门。 电子门一打开，计时用的时标脉冲就通过电子门进入计数器。 当发向反射器的脉冲信号被反射器反射回测距仪，经过测距仪接收后，也送入触发器，通过触发器去关闭电子门。 电子门被闭合后，时标脉冲就不能通过电子门。 那么计数器上记录下的时标脉冲个数m，将对应于测距脉冲信号在被测D上往返传播所需的时间t2d。 时间越长，通过脉冲信号就越多，反之就越少，根据时标脉冲的个数可以计算出时间t2d，从而获得距离。 脉冲测距原理优缺点 优点： 脉冲式测距可以实现瞬间高功率脉冲发射以获得远测程 针对传统脉冲测量方法的不足，诞生了精测技术。在保持快速特点的基础上，大幅提高了测量精度。 脉冲精测技术 内插法 微延迟计数法 内插测量法 对不足一个计数时钟周期的短脉冲进行时间积分，通过测量积分电压的高低来推算短脉冲的时间长度，进而实现精确测量。 内插测量法 LEICA DI3000测距仪采用了此方法，测程达10KM，精度±（3+1ppm）mm。 问题：积分电压测量面临干扰，产生“节拍效应”，精度提高仍然有限。 DI3000中采取扰乱时钟和被测脉冲的相位关系的方法，让“节拍效应”随机化，利用统计规律来消减这种“节拍效应”误差，牺牲了测量时间。 微延迟计数法 该技术的典型代表是德国ACAM公司的TDC时间数字转换芯片，该芯片可瞬间完成脉冲时间的精确测量。 该芯片利用门电路的微小延迟，利用大量的门电路串联构成集成延迟线，通过检测被测脉冲结束时刻延迟线中的波相位实现精确时间测量。 测量单元由START信号触发，由 STOP信号停止。 由环形振荡器（延迟线首尾相接而成）中波沿所在的位置和粗值计数器中的结果计算出START与 STOP之间的时间间隔。测量范围可达到 20位。最小分辨力可达65ps。 1ps=10-12s，相应的光速距离为 0.3mm。 典型应用：三维激光扫描仪 通过激光测距原理瞬时测得空间三维坐标值的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力。 快速扫描是扫描仪诞生产生的概念。 在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等，在数字化的今天，这样的测量速度已经不能满足测量的需求。 三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状， 最初每秒1000点的测量速度已经让测量界大为惊叹， 而现在脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到50000点每秒， 相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点每秒， 这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证。 工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。 典型应用：全站仪 目前许多全站仪都附带有无棱镜测距功能 其中一部分就是采用了脉冲激光测距原理。 相位法测距 相位法测距，又叫间接法测距，它不直接测定电磁波往返传播的时间。而是测定由仪器发出的连续正弦电磁波信号在被测距离上往返传播而产生的相位变化(即相位差)，根据相位差求得传播时间，从而求得距离D。 相位法测距基本公式 设测距仪发射的电磁波为： 测尺(电尺) 相位法测距原理的技术要点(1) 相位法测距原理的技术要点(2) 表3-1 正弦信号的混频过程 相位法测距原理的技术要点(4) 相位法测距原理的技术要点(5) 幅相误差问题 相位法测距原理的技术要点(6) 相位法测距原理的技术要点(7) 相位式测距的原理 相位式测距过程 晶体振荡器产生两路主频信号 主频调制信号对发光二极管进行调制 ; 另一路主频信号作为测相参考信号送至