控制測(cè)量學(xué)課件第6講分解.ppt

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1、第6講第4章電磁波測(cè)距儀及其距離測(cè)量ABD4.1光電測(cè)距原理測(cè)定光波在AB之間傳播的時(shí)間t，根據(jù)光波在大氣中的傳播速度c，計(jì)算距離D：圖4.1（4-9）4.2.1按測(cè)程分類1.短程光電測(cè)距儀：測(cè)程在3km以內(nèi);2.中程光電測(cè)距儀：測(cè)程在3～15km左右;3.遠(yuǎn)程激光測(cè)距儀：測(cè)程在15km以上。4.2.2按測(cè)距信號(hào)分類1.激光測(cè)距儀，主要用于長程測(cè)距儀；2.紅外測(cè)距儀，用于中短程測(cè)距儀；4.2電磁波測(cè)距儀分類4.2電磁波測(cè)距儀分類4.2.3按測(cè)距原理分類1.脈沖法測(cè)距：直接測(cè)定電磁波信號(hào)傳播時(shí)間,較多地激光雷達(dá)、微波雷達(dá)等遠(yuǎn)距離測(cè)距上。2.相位法測(cè)距:通過測(cè)量光信號(hào)往返傳播所產(chǎn)生

2、的相位差間接的測(cè)定電磁波信號(hào)傳播時(shí)間，多用于精密測(cè)距。4.3脈沖法測(cè)距基本原理及應(yīng)用測(cè)距儀中脈沖發(fā)生器發(fā)射一束光脈沖，其中一部分作為參考脈沖直接由儀器內(nèi)部進(jìn)入接收光電器件；其余光脈沖信號(hào)經(jīng)過照準(zhǔn)目標(biāo)反射鏡反射，作為回波脈沖也進(jìn)入接收光電器件。測(cè)量參考脈沖同反射脈沖相繼到達(dá)接受光電器件的時(shí)間相隔t，即可求出距離測(cè)量d。測(cè)量時(shí)間間隔的原理是:①.時(shí)標(biāo)脈沖振蕩器不斷地產(chǎn)生間隔相同的脈沖信號(hào)；?.測(cè)距瞬間參考脈沖打開電子門，使時(shí)標(biāo)脈沖進(jìn)入時(shí)標(biāo)脈沖計(jì)數(shù)系統(tǒng)；?.測(cè)距儀接收到回波脈沖信號(hào)，關(guān)閉電子門，時(shí)標(biāo)脈沖計(jì)數(shù)系統(tǒng)停止計(jì)數(shù)；④.計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)的時(shí)標(biāo)脈沖數(shù)乘以一個(gè)時(shí)標(biāo)脈沖間隔電磁波傳播距離，就

3、是所測(cè)距離的二倍。4.3脈沖法測(cè)距基本原理及應(yīng)用計(jì)數(shù)顯示電子門時(shí)標(biāo)脈沖觸發(fā)器脈沖發(fā)射脈沖接收反射器DBA圖4.24.3脈沖法測(cè)距基本原理及應(yīng)用脈沖式測(cè)距直接測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間，由于電磁波信號(hào)以光速傳播，設(shè)測(cè)量精度要求達(dá)到1cm，則時(shí)間間隔測(cè)量精度就要達(dá)到秒。這是很困難的，因而脈沖法測(cè)距主要用于長距離測(cè)距。由于GPS技術(shù)成為控制測(cè)量的首選技術(shù)手段，長距離測(cè)距儀應(yīng)用價(jià)值不大，載波相位法因?yàn)闇y(cè)距精度高，成為測(cè)量?jī)x器采用的主要測(cè)距方法。目前的脈沖式測(cè)距儀，一般用固體激光器發(fā)射出高頻率的光脈沖，因而這類儀器可以不用反射棱鏡，而是直接用被測(cè)目標(biāo)對(duì)光脈沖產(chǎn)生的漫反射進(jìn)行測(cè)距。在一些對(duì)測(cè)距精度要

4、求不是太高的工程應(yīng)用中（地形測(cè)量等），當(dāng)測(cè)量地點(diǎn)難以到達(dá)時(shí)，這類儀器具有其它方法不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。4.4相位法測(cè)距基本原理及應(yīng)用實(shí)質(zhì):利用測(cè)定光波在傳播過程中的相位移φ,間接測(cè)定傳播時(shí)間,實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量。圖4.34.4相位法測(cè)距基本原理及應(yīng)用相位式測(cè)距儀是通過測(cè)相電路測(cè)定調(diào)制光往返傳播產(chǎn)生的相位差，乘以一個(gè)完整的相位對(duì)應(yīng)的波長，求得待測(cè)距離。相位式測(cè)距儀的基本工作原理可用圖4.3來說明。由光源發(fā)出的光經(jīng)過調(diào)制器后，成為光強(qiáng)隨高頻信號(hào)變化的調(diào)制光射向反射棱鏡，經(jīng)反射棱鏡反射回來被接收器接收。由于電磁波中一點(diǎn)的相位在傳播過程中保持不變，所以通過相位計(jì)將反射信號(hào)的相位與光源處連續(xù)變

5、化的相位比較，就可測(cè)定調(diào)制光由發(fā)射到接受這段時(shí)間內(nèi)光源處的相位變化值。由圖4.3可見，調(diào)制光全程的相位變化值為：式(3-3)中，N為相位變化值中的整周期數(shù)，是不足一周的小數(shù)部分。設(shè)λ為調(diào)制光的波長，，則所測(cè)距離為式（3-4）稱為相位法測(cè)距的基本公式，這種測(cè)距方法實(shí)際上相當(dāng)于用一把長度為測(cè)尺λ／2來丈量所測(cè)距離。這一“尺子”稱為測(cè)尺，令u=λ／2，則u稱為尺長。4.4相位法測(cè)距基本原理及應(yīng)用(4-18)4.4相位法測(cè)距基本原理及應(yīng)用在相位式測(cè)距儀中，相位計(jì)只能測(cè)定?N，而不能測(cè)得N，因此距離d具有多值性而不能確定。為了測(cè)定距離，可以選擇較長的測(cè)尺，即選擇較低的調(diào)制頻率。根據(jù)u=λ

6、/2=c/2f，可以計(jì)算出測(cè)尺長度與相應(yīng)的調(diào)制波頻率的關(guān)系，如表4.1所示。由于測(cè)相誤差一般為（周），所以測(cè)尺越長意味著測(cè)距精度越低，因此不能為了增加測(cè)程而簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)大尺長。實(shí)踐中解決這個(gè)問題的方法是，用一組測(cè)尺組合來完成測(cè)距，以短測(cè)尺測(cè)定距離的尾數(shù)，以長測(cè)尺測(cè)定大數(shù)，就如同時(shí)鐘中的時(shí)針、分針、秒針組合一樣，既保證了精度，又解決了多值性的問題。4.4相位法測(cè)距基本原理及應(yīng)用當(dāng)所測(cè)距儀較長時(shí),需要多個(gè)測(cè)尺共同測(cè)距。如精測(cè)尺和粗測(cè)尺頻率相差較大，在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)各個(gè)測(cè)尺頻率具有相同的增益和穩(wěn)定性。、實(shí)踐中根據(jù)以兩個(gè)頻率f1、f2測(cè)量同一距離的相位差（φ1－φ2），就等于用其差頻（f1

7、－f2）測(cè)量距離時(shí)的相位差的原理，利用f1、f2測(cè)量結(jié)果，來間接求出其差頻的測(cè)量結(jié)果。4.4相位法測(cè)距基本原理及應(yīng)用4.5干涉法測(cè)距基本原理干涉法測(cè)距本質(zhì)上也是相位法測(cè)距，但是使用的測(cè)距信號(hào)不是經(jīng)過調(diào)制的電磁波信號(hào)，并且測(cè)距需要反射鏡沿測(cè)線方向移動(dòng)。未經(jīng)調(diào)制的光波波長很短，理論上測(cè)距精度很高，所以干涉法測(cè)距主要用于科學(xué)研究和工業(yè)測(cè)量，在控制測(cè)量領(lǐng)域未見應(yīng)用報(bào)道。4.6光波（電磁波）測(cè)距儀的合作目標(biāo)測(cè)距儀的合作目標(biāo)就是指反射棱鏡。反射棱鏡由光學(xué)玻璃制作，形狀是四面錐體，其中三個(gè)互相垂直的面鍍銀