光電測距儀測距誤差分析

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1、光電測距儀測距誤差分析武漢大學(xué)電子信息學(xué)院湖北武漢摘要：本文指出了光電測距儀測距誤差的主要來源，對測距誤差及其影響進(jìn)行了分析，并給出精度評定的方法。關(guān)鍵詞：光電測距儀測距誤差精度評定一、引言光電測距儀自問世以來,以其操作方便、快捷、高效、精密、自動(dòng)化、智能化等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工程測量、控制測量、地形測量、地籍與房產(chǎn)測量、施工放樣、工業(yè)測量及近海定位等領(lǐng)域。數(shù)字地球的建設(shè),也以其為基本的數(shù)字采集設(shè)備之一。作為一種被多種領(lǐng)域頻繁使用的長度計(jì)量儀器,光電測距儀測距誤差的分析與測距精度的定期評定始終是用戶和承包方關(guān)心的問題。因?yàn)閮x器能否在要求的精度下可靠地工作,是測量工作能否保質(zhì)

2、保量完成的前提條件。國家技術(shù)監(jiān)督局對光電儀器（全站儀、測距儀）測距系統(tǒng)的檢定目的、項(xiàng)目和方法作了具的規(guī)范要求，本文就光電儀器的測距誤差及精度評定進(jìn)行分析。測距精度是光電測距儀的重要技術(shù)指標(biāo)之一，其測距精度不但與儀器的性能有關(guān)，同時(shí)也取決于使用方法和實(shí)測時(shí)外界因素的影響。分析測距誤差的來源和影響程度，找出消除或減弱誤差的措施和方法，對于正確、合理地使用儀器和維護(hù)儀器，以便測出精度較好的距離成果和分析測距成果質(zhì)量等都是很有必要的。按照規(guī)范要求，對儀器進(jìn)行檢定，客觀地評定儀器測距的實(shí)際綜合精度，對了解儀器性能指標(biāo)，驗(yàn)收新購和修理后的儀器以及合理使用儀器尤為重要。欲達(dá)到系統(tǒng)客觀地評

3、定一臺(tái)光電測距儀的測距精度這一目的，一方面應(yīng)嚴(yán)格地按照規(guī)范要求對儀器進(jìn)行檢定，另一方面還需具備有關(guān)測距原理及相關(guān)的誤差理論知識(shí)，以便找出測距誤差的主要來源，再進(jìn)行測距誤差分析，作為綜合評定儀器精度的依據(jù)。二、光電測距原理1.光電測距儀按儀器測程分類：短程光電測距儀：測程在3Km以內(nèi)，測距精度一般在1cm左右。中程光電測距儀：測程在3~15Km左右，適用于二、三、四等控制網(wǎng)的邊長控制，精度一般可達(dá)（10mm+）。遠(yuǎn)程激光測距儀：測程在15Km以上的測距儀，精度一般可達(dá)（5mm+1），滿足國家一、二等控制網(wǎng)的邊長控制。2.測尺頻率的選擇：直接測尺頻率方式：直接使用各測尺頻率的測

4、量結(jié)果組合成待測距離的方式。9間接測尺頻率方式：用差頻作為測尺頻率進(jìn)行測距的方式。測尺頻率的確定：一般將用于決定儀器測距精度的測尺頻率稱精測尺頻率；而將用于擴(kuò)展測程的測尺頻率稱為粗測尺頻率。對于采用直接測尺頻率方式的測距儀，精測尺頻率的確定，依據(jù)測向精度，主要考慮儀器的測程和測量結(jié)果的準(zhǔn)確銜接，還要是確定的測尺長度便于計(jì)算。3.測尺頻率可依據(jù)下式計(jì)算：(1)式中，------------光波在大氣中的傳播速度；------------大氣折射率；------------光波在真空中的傳播速度；------------調(diào)制頻率（測尺頻率）。4.光電測距儀的工作原理：電磁波測距

5、是通過測定電磁波束在待測距離上往返傳播的時(shí)間來計(jì)算待測距離D的，如下圖所示，電磁波測距的基本公式為D=(2)式中c——電磁波在大氣中的傳播速度。電磁波在測線上的往返傳播時(shí)間，可以直接測定，也可以間接測定。直接測定電磁波傳播時(shí)間是用一種脈沖波，它是由儀器的發(fā)送設(shè)備發(fā)射出去，被目標(biāo)反射回來，再由儀器接收器接收，最后由儀器的顯示系統(tǒng)顯示出脈沖在測線上往返傳播的時(shí)間或直接顯示出測線的斜距，這種測距儀稱為脈沖式測距儀。間接測定電磁波傳播時(shí)間是采用一種連續(xù)調(diào)制波，它由儀器發(fā)射出去，被反射回來后進(jìn)入儀器接收器，通過發(fā)射信號(hào)與返回信號(hào)的相位比較，即可測定調(diào)制波往返于測線的遲后相位差中小于2

6、π9的尾數(shù)。用n個(gè)不同調(diào)制波的測相結(jié)果，便可間接推算出傳播時(shí)間，并計(jì)算（或直接顯示）出測線的傾斜距離。這種測距儀器稱為相位式測距儀。三、光電測距儀測距誤差的主要來源光電測距儀的測距誤差分為兩部分：（1）比例誤差：與被測距離長度成比例的誤差，主要有頻率誤差、大氣折射率誤差及真空光速測距誤差。其中真空測距誤差對測距值得影響可忽略不計(jì)。（2）固定誤差：儀器固有的誤差，與被測距離長度無關(guān)，包括零點(diǎn)誤差的檢定誤差、儀器與反射鏡的對中誤差、測相誤差、發(fā)光管相位不均勻性誤差和周期誤差。周期誤差主要來源于內(nèi)部光電信號(hào)的同頻竄擾，誤差的大小是以精測尺的長度為周期重復(fù)出現(xiàn)的。其中，比例誤差、周

7、期誤差、零點(diǎn)誤差為光電測距儀的主要系統(tǒng)誤差。由于現(xiàn)如今廣泛應(yīng)用于精密測距的測距儀器是相位式測距儀，本文以相位式測距儀為例，分析其測距誤差。測距誤差的大小與儀器本身的質(zhì)量，觀測時(shí)的外界環(huán)境以及操作方法有著密切的關(guān)系。為了提高測距精度，必須正確地分析測距誤差的來源、性質(zhì)及大小，從而找到消除或削弱其影響的辦法，使測距達(dá)到最高精度，同時(shí)對正確使用、檢定和維護(hù)儀器具有重要的作用。分析儀器的測距誤差也和分析測量成果的誤差一樣，可由測距公式和儀器使用情況來尋找誤差的主要來源。目前光電儀器所采用的相位法測距來自于公式：(3)式中，