电子测距的原理

1、电子测距的原理就是利用电磁波的直线传播和波速稳定的特性，通过侧出，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。其基本原理如图2-1所示。要测A、B两点之间的距离D，可以分别在A、B两点架设测距仪和反射器，测距仪发射一束电磁波，电磁波在被测距离A,B之间传播，到达B点后，被反射器反方向反射回来。反射回的电磁波又被测距仪接收，如果电磁波测距仪能测出电磁波从发射到接收这一段时间间隔，也即是电磁波在被测距离D上往返传播所用的时间那么，A,B之间的距离就可以利用路程、速度、时间的关系计算出来。设电磁波在大气中的传播速度V，则距离D为:式中的可由侧距仪中的测时系统测出，大气中的波速V=c/n，

2、可以通过大气温度、湿度、压力来求出.这就是电磁波侧距的基本原理。 用于测距的电磁波一般多为微波、激光和红外线。目前全站仪中广泛使用的是红外线。 利用这种电子测距仪测童地面两点间的距离，只要测距仪的侧程可以到达，且两点间没有障碍物，任何地形条件下都可进行。高山之间、江河两岸、甚至星球之间的距离都可直接测最。在过去的几十年中，许多类型的电子测距仪已经广泛应用于大地侧量、航外控制测最、工程侧量和地籍侧最中，大大地提高了测距的作业效率效串。 根据不同的侧时方法，电子测距的基本方法可以分为脉冲法侧距、干涉法测距、相位法测距。（一）脉冲法测距脉冲法侧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

3、时间，利用公式计算距离D，其基本原理框图如图2-2所示。 其测时方法为：当测距仪向反射器发射一个脉冲信号的同时，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，记时用的时标脉冲就通过电子门进人计数器。当发向反射器的脉冲信号被反射器反射回测距仪，经过测贬仪接收后，也送人触发器，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，将对应于侧距脉冲信号在被侧D上往返传播所需的时间。时间越长，通过脉冲信号越多，反之就越少，根据时标脉冲的个数就可以计算出时间 ，从而获得距离。 然而，将这一理想的原理应用到实践中，却面临着诸多问翅。 1)

4、精度问越。即使时钟频率到了100MHz，计粼器的原理误差(士1误差)造成的时间侧盆误差就可达到士1/100MHz，士，根据公式可得出，由此造成的距离误差可达到士1. 5m。 2)技术难度问题。高频率电子线路在设计制造中会面临干扰、能耗、成本、稼定性等麻烦问题。但脉冲式测距可以实现瞬间高功率脉冲发射以获得远侧程，所以这种原理多只用在远程的对绝对精度要求不高的场合，譬如人卫侧距、雷达探侧。 Leica公司在D13000系列侧距仪开始使用脉冲式侧距原理，但它还远远不是这种简单的原理。除了脉冲计数测量整尺长距离外，为获得mm级测量精度，大量的精力都花费在不足一个时标周期的窄脉冲宽度的精密测量上电容积分

5、法，为解决“节拍效应”等特有误差源也不容易，所以其技术实现过程并不简单。（二）相位法测距鉴于简单脉冲法原理的弱点，人们发明了相位法测距，又叫间接法测距。它不需直接测定电磁波往返传播的时间，而是直接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)，根据相位差求得传福时间，从而求得距离D，其基本原理框图如图2-3所示。设侧距仪发射的电磁波为: 式中.。为角频率，。电磁波在被测距离上往返传播所需的时间为，因此，侧距仪接收的电磁波为:于是，在经过被测距离延迟后.发射信号和接受信号的相位差为。 测距仪把发出的信号(参考信号)与接收的信号(侧距信号)送入测相器，测相器可以

6、测出两路信号的相位差，设测出的值为，那么： 又 将其代入，（ c为真空光速，n为大气折光系数），则有：这就是相位法测距的基本公式。对上式变换一下，任何相位差总可以分为及一个不足的之和，即代入基本公式：式中，N为正整数；N为小于1的小数；为波长。从上述公式可以看出，相位法测距就好像有一把钢尺在丈量距离，尺子的长度为 (电尺的概念)，N为被测距离的整尺段数，N为不足一个整尺的尾数，半波长叫做侧尺长度。相位法测距仪的工作过程就是计量出侧尺的整尺段数和尾数的过程。（3） 干涉法测距 干涉法测距是利用波的干涉原理通过发射波和接收波的干涉实现距离测量。分两种侧量原理：通过记录被测目标移动时光波移动的周期数来推算距离。其典型产品就是双孩激光千涉仪，由于可以分辨出光波波长且级的移动.其精度极高。当然要保证真正实现这样的高精度还必须有很完好的外围辅助设施，以保证目标棱镜移动的平德度、直线度和环境沮度、湿度条件。测量原理也是将发射波和接收波登加形成驻波(干涉)，通过调整调制预率搜索驻波的波节点的变化来推算被测距离。其典型产品是Kern公司的ME3000、ME5000等激光测距仪。由于这种测量原理也几乎完全避开了电路延迟的影响，可以获得很高的测距精度。