大地测量学基础-5.pptVIP

§5-1电磁波测距工作原理及测距仪分类 一、电磁波测距基本原理公式 设电磁波在大气中传播速度为c，当它在距离D上往返一次的时间为t，则有： 上式为电磁波测距基本原理公式。测定t方法有①直接测时②间接测时。直接测时一类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。 二、相位式测距原理公式 现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时，即用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“运输工具”（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t，进而求得待测距离D。 调制波的调制频率f，角频率 ，周期T，波长 设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为，调制信号一个周期相位变化为2π，则调制波的传播时间t为： 设调制信号为正弦信号，包含2π的整倍数N2π，和不足2π的尾数部分。 式中 令 单位长，“测尺”，“电子尺” 。上式改写成： 该式就是相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为u的“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不足一个u的长度就是所测距离。 三、电磁波测距仪的分类和分级 分类 按测定t的方法 按测程 按载波 按载波数 按反射目标 I级：mD≤5mm; II级：5mmmD≤10mm。 分级 §5-2距离观测值的改正和光电测距仪的检验 第一类，仪器本身所造成的改正：加常数、乘常数（频率）、周期误差等。 第二类，大气折光而引起的改正：气象、波道弯曲等。 第三类，归算方面的改正：归心（下册）、倾斜和投影到椭球面上的改正（下册）。 说明：由于现在测距仪的性能和自动化程度不同，测距仪的精度要求也各异，故有些改正可不需进行，有的在观测时只需在仪器中直接输入有关数值或改正值即可。光电测距仪的检验 参照 《光电测距仪的检定规范》CH8001。 5.2.1气象改正 这是电磁波测距最重要的改正，因为电磁波在大气中传输时受气象条件的影响很大。实质是大气折射率对距离的改正，因大气折射率与气压、气温、湿度有关，因此习惯叫气象改正。 1、有关公式 ⑴光在真空中传播速度 c0=299792458±1.2(m/s) ⑵光在空气中的折射率与波长关系式（色散公式）柯希（Cauchy）公式： 1963年IUGG决定使用巴雷尔-西尔(Barrell-Sears)给出的实用公式： 上式是在温度00C，气压760mmHg毫米汞柱高（或1013.2mb毫帕），0﹪湿度，含0.03﹪CO2的标准大气压条件下的单一波长(单位μm)的光折射率与波长关系式，也称巴雷尔-西尔公式。 ⑶ (狭窄光谱) 群速的空气中折射率与波长关系式 在标准大气压条件下 ⑷光(狭窄光谱)在空气中的折射率随着温度、气压和湿度而变化,有如下近似关系，柯尔若希（Kohlrousch）公式 30 式中： 是温度为t0C，气压为p和水蒸气为e时空气的折射率, p和e的单位为mmHg。 由(30)式计算，α为空气膨胀系数，α=1/273.16=0.003661 2、气象改正 将测距仪采用的波长λ代入(30)式可求出 ,再由测边时的气象条件由(31)式可求出大气折射率n。 其实在设计测距仪时，都采用假定大气状态，例如DCH2型测距仪，红外光的波长λ=0.83μm,代入(30)式 =1假定大气状态是t=150C,P=1.013hPa(百帕)，在红外测距仪中(31)式中第三项（湿度）影响很小可忽略不计，将 =1t=150C,P=1.013hPa(百帕)代入(31)式得 =1.000279。 31 把有关数据代入得DCH2型测距仪气象改正数计算公式， D/以km为单位,P以hPa(百帕)。 由于各种型号的测距仪所采用的波长和假定大气状态各不相同，所以气象改正公式也不会一样。 又例如DI20测距仪，红外波长λ=0.835μm,一般大气条件下的折射率 其中t以0C为单位,P、e以mmHg为单位，D/以m 5.2.2周期误差的测定及改正 1、什么是周期误差 e1测距信号，e2串拢信号， 相位差， 由(38)式可画出图4-58。随距离（ 与距离有关）的不同而按正弦曲线规律变化，其周期为2π（即等于精尺长度）。K值愈大 也愈大。因