控制测量-第四章

控制测量-第四章第1页/共66页outline测距概述；电磁波测距的原理；电磁波测距仪的检验；测距的归算；电磁波测距精度分析4.24.3\4.44.74.94.10第2页/共66页二、距离测量的方式视距测量；线尺量距；电磁波测距；用因瓦基线尺量距；电磁波测距；第3页/共66页1、因瓦基线尺因瓦基线尺？？

含铁约64%、镍36%的合金钢制成()；线尺：直径1.65mm；长24m；一套：4根主尺，一根8米（或4米）的补尺；第4页/共66页因瓦基线尺的使用丈量的结果中加上相应的尺长改正，温度改正，悬链线改正；相对精度几十万分之一到一百万分之一；第5页/共66页起始边长的获得：基线测量50年代控制网测距；第6页/共66页三角测量起始边规定第7页/共66页2、电磁波测距测距原理——通过测定电磁波在测线两端往返传播的时间t，计算出测线的距离第8页/共66页(1)电磁波测距的发展普通光源1948年；散光；一般只能夜间工作激光1960年；亮度好，方向性好，单色性好；白天：6km；晚上30km多载波激光测距仪微波测距仪中短程红外测距仪第9页/共66页Geodimeter(GeodeticDistanceMeasurement)1949,瑞典大地测量局，贝尔格斯川德最早的商用测距仪普通光源（白炽灯，高压水银灯）仪器重（100kg）,功耗大,只能夜间工作第10页/共66页LatermodelGeodimeter1966激光：方向性好，亮度高，单色性，相关性好激光测距仪：可日夜观测，测程远(10/20)，精度高，体积小70~80年代普及第11页/共66页Telluometer197019621957,Dr.T.L.Wadley,南非长距离测量，白天可测50km微波测距仪X-bandradiowaves(~10GHz)第12页/共66页小结：测距仪的分类按照测距方式：脉冲式/相位式按照测程：30km——3km按照载波:激光/微波/红外..按照等级:I/II/III(5~10~20mm)测程远，受地面反射影响，精度低，军事应用多测程短，受大气能见度影响第13页/共66页测距的主要技术要求第14页/共66页4.2电磁波的测距原理脉冲式测距：发射光脉冲，直接测定测距信号在大气中传播的时间，以测定待测距离。相位式测距：发射连续的正弦调制波，测量测距信号在发射与接收之间的相位差，以确定待测距离。发射功率大，测程远，可不要合作目标，但测距精度较低。测距精度高，测程短，但要有合作目标第15页/共66页一、脉冲法测距原理P132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。第16页/共66页二、相位式测距原理P138第17页/共66页1、相位差与时间差的关系P139Amplitudeθ+r-r0°90°180°270°¼λ¼λ¼λ¼λλθNote:For

θ=0°thefractionis0For

θ=90°thefractionis¼For

θ=180°thefractionis½For

θ=270°thefractionis¾For

θ=360°thefractionis1EDMINSTRUMENTSCANMEASUREPHASEANGLES第18页/共66页计算公式(相位角变化)(时间—相位)(距离—相位)第19页/共66页相位测量的特点：模糊测距波长长于距离？波长短于距离？?测尺长思考：第20页/共66页2、N值的确定直接测尺频率方法；间接测尺频率方法；第21页/共66页直接测尺频率方法精测频率粗测频率测尺长测尺长例如：测量距离用精测尺测量相位差时，得到0.657;用粗测尺测量相位差时，得到0.386;6.57m+386m386.57m不显示第22页/共66页（2）间接测尺频率方法设置一组数值上比较接近的测尺频率精测尺长与精测频率直接对应各个相当于粗测尺长均由两个测尺频率的差频间接确定。第23页/共66页间接测尺频率方式的原理若用两个测尺频率分别测同一个距离：虚拟测尺虚拟读数第24页/共66页间接测尺频率方法测距频率MHz精测和粗测频率MHz测尺长度直接读数直接读数之差相应距离/m100.5670.1110.2220.3330.4445.6745.63452340123001001000100001000000.4560.3450.2340.123第25页/共66页三、光电测距仪使用安装经纬仪，对中，整平，注意高度适中。测距仪装好电池，安装在经纬仪顶端，选紧连接螺丝。镜站安装好反射棱镜。用经纬仪照准觇牌中心，测量水平角、垂直角。俯仰测距仪，用垂直制动螺旋固定，再用垂直微动螺旋和水平调整螺旋精确照准反射棱镜中心，开始测距。第26页/共66页NET05：“世界最高精度全站仪”298000.00第27页/共66页4.7光电测距仪的检定测距仪的检视和功能检查发射、接收、照准三轴关系正确性的检验与校正；照准误差的测定幅相误差的测定周期误差的检定仪器常数的检定内、外符合精度的检定……157齐全、碰损成像、微制动光照准回光信号强度空间相位的不均匀接收信号的强弱不同，相位不同第28页/共66页一、周期误差的测定方法周期误差——由测距仪内部的光电信号串扰而引起的按照一定的距离为周期重复出现的误差。参考信号反射信号合成信号串扰信号第29页/共66页周期误差测距的周期误差改正：与干扰信号的强度有关；随着测距的相位值观测值变化；反射信号的相位角与待测距离尾数相应的相位角参考信号反射信号合成信号串扰信号第30页/共66页周期误差的检定平台法选不同的距离，看周期误差的变化仪器棱镜第31页/共66页习题第32页/共66页仪器系统误差的改正加常数改正乘常数改正周期误差改正6~12个月检定一次6~12个月检定一次;R>10-6新购：A>0.55a已用:A>0.77a测距仪标称精渡中的固定误差为a直接作为参数存储在全站仪内，可以修改国家光电测距仪检定规程第33页/共66页二、仪器常数：加常数定义：由于仪器电子中心与其机械中心不重合而形成的仪器常数；P164第34页/共66页加常数的检定：六段解析法P165第35页/共66页加常数的平差计算D01D02D03D04D05D06

D12D13D14D15D16

D23D24D25D26

D34D35D36

D45D46

D56观测值未知数01234…6第36页/共66页仪器常数：乘常数乘常数——主要是精测频率的改正；数字频率计；R>10-6观测值真实值第37页/共66页比长基线场长度基线检定场是用于检校电磁波、激光测距仪的野外场所。测距仪等仪器通过基线检定与真实长度的比对，来查找改正数并发现仪器的问题，以保证测量的精度。第38页/共66页例：四等导线边，用标称精度为（5mm+3ppm）的DM-S3L红外测距仪观测，该仪器的精测尺长10米。观测的距离为1628.522米仪器检定值有第39页/共66页4.9距离观测值的归算距离观测值以标石为中心的水平距离归化方面的改正几何改正归心改正仪器本身误差引起的改正加常数改正乘常数改正周期误差改正因大气折射而引起的改正气象改正P181第40页/共66页一、仪器系统误差的改正加常数改正乘常数改正周期误差改正第41页/共66页二、气象改正气象改正——作业中仪器显示的距离，是对应于生产厂家制造测距仪时所选的参考大气条件的距离观测值，而测距时的实际大气条件一般不会与之相同。因此，距离观测值须加入相应的改正。P181，也叫第一速度改正第42页/共66页规范规定第43页/共66页1、气象改正的计算(4-127)第44页/共66页折射率n的计算如果已知标准气象条件下的折射率标准气象条件下的折射率(4-90)(4-89)第45页/共66页例：折射率的计算AGA红外测距仪，调制光波长：选定的仪器参考气象条件为：参考气象条件下的大气折射率为：第46页/共66页例：气象改正计算大气折射率改正数为：气象改正数：第47页/共66页2、第二速度改正第二速度改正——以测线两端点的折射率的平均值代替全测线的折射率，由此产生的折射率代表性误差改正。第一速度改正第二速度改正折光系数，与折射率的水平变化，即气象模型有关15km以上(4-133)第48页/共66页三、归算改正（几何改正）波道曲率改正倾斜改正归心改正投影改正以标石为中心的水平距离P183第49页/共66页1、波道曲率改正弧长——〉弦长15km以上(4-138)P184第50页/共66页2、倾斜改正斜距——〉测区平均高程面上的平距斜距——〉A点高程位置上的平距(4-146)P185第51页/共66页天顶距计算的倾斜改正天顶距

+垂线偏差+折射角P186第52页/共66页3、归心改正第53页/共66页4、投影改正平距——〉化至椭球面的距离——〉化至高斯投影面上的距离第54页/共66页小结第一速度改正第二速度改正波道曲率改正倾斜改正归心改正(4-138)(4-146)周期误差仪器常数投影到椭球面的改正投影到高斯平面的改正ABCD第55页/共66页例：经过气象改正和仪器误差改正的的距离为1628.4983米倾斜改正：归心改正：投影到椭球面的距离：投影到高斯平面的距离：第56页/共66页习题第57页/共66页4.10光电测距误差分析测距误差的分析测距的精度评定P193第58页/共66页一、测距误差的种类测距原理误差分析第59页/共66页测距误差的种类考虑测距的相关因素仪器的加常数误差对中或归心改正误差信号串扰产生的周期误差第60页/共66页习题第61页/共66页二、测距的精度衡量指标内符合精度外符合精度P194第62页/共66页1、内符合精度定义——仪器对同一距离进行多次观测，其观测值之间的符合精度；改正数计算中误差？平均值中误差？相对中误差？反映测量的随机误差，如仪器的测相精度，稳定性第63页/共66页2、外符合精度定义——用测距仪在基线上比测后，所得到的量测值与基线值比较而求得的精度指