课件：大地测量学基础[1].(4)(控制)ppt.ppt

1、第四章第四章 电磁波测距电磁波测距 在大地测量中，为了推算国家大地控制点在大地测量中，为了推算国家大地控制点的坐标，必须测定网中少量边长作为起始边的坐标，必须测定网中少量边长作为起始边长，作为网中的尺度基准。长，作为网中的尺度基准。因瓦基线尺量边因瓦基线尺量边6060年代之前年代之前电磁波测距仪测距电磁波测距仪测距6060年代之后年代之后南京工业大学测绘学院14.14.1电磁波测距基本原理电磁波测距基本原理4.1.1.4.1.1.电磁波测距基本原理公式：电磁波测距基本原理公式：ctD21南京工业大学测绘学院24.1.2.4.1.2.相位式测距原理公式相位式测距原理公式ft2)(22NNN南京工

2、业大学测绘学院3)()(2)(2NNuNNNNfcD是整周未知数（称为“电子尺”）Nu24.1.3.4.1.3.电磁波测距仪的分类和分级电磁波测距仪的分类和分级测距原理：相位式测距仪（固定频率法、测距原理：相位式测距仪（固定频率法、可变频率法）、脉冲式测距仪可变频率法）、脉冲式测距仪测程：长测程：长(数十数十km)km)、中、中(十余十余km)km)、短、短(3km)(3km)载波源：红外、激光、微波载波源：红外、激光、微波载波数：单频、双频载波数：单频、双频反射目标：合作目标、漫反射目标反射目标：合作目标、漫反射目标精度：高精度、一般精度、低精度精度：高精度、一般精度、低精度重要指标：精度、

3、测程重要指标：精度、测程 南京工业大学测绘学院4 另外另外,还可按精度指标分级还可按精度指标分级.由电磁波测距由电磁波测距仪的精度公式仪的精度公式:当当 时时,则则 为一公里的测距中为一公里的测距中误差。按此指标，我国现行城市测量规范将误差。按此指标，我国现行城市测量规范将测距仪分为：测距仪分为：、级，即级，即级：级：级；级；级级DmAB D1Dkm南京工业大学测绘学院5Dm5Dmmm510Dmmmmm1020Dmmmmm4.2.4.2.N N值解算的一般原理值解算的一般原理4.2.1.4.2.1.可变频率法可变频率法 在可变频带两端取测尺频率在可变频带两端取测尺频率 和和 。先在低频附近改变

4、频率，使不足一整波长先在低频附近改变频率，使不足一整波长的尾数等于零，设这是调制波波长为的尾数等于零，设这是调制波波长为 整整波数为波数为 则：则：然后在高频附近同样改变频率，使不足一然后在高频附近同样改变频率，使不足一整波长的尾数等于零，设这是调制波波长为整波长的尾数等于零，设这是调制波波长为 整数为整数为 则：则：1f2f南京工业大学测绘学院611N1112DN22N2212DN同时记录出从同时记录出从 变到变到 时出现信号强度作时出现信号强度作周期性变化的次数，即整波数差周期性变化的次数，即整波数差 则：则：解得：解得：或或则：则：1f2f南京工业大学测绘学院721NN1f2f122N1

5、N1 122NN211212NNN212112NNN21121212NND 4.2.2.4.2.2.固定频率法固定频率法（1 1）分散的）分散的“直接测尺频率直接测尺频率”例如：例如：用它测出用它测出6.43m6.43m 用它测出用它测出876m876m最后结果最后结果:876.43m:876.43m。适用于短程测距。适用于短程测距110um11152cfMHzu南京工业大学测绘学院821000um221502cfKHzu（2 2）集中的）集中的“间接测尺频率间接测尺频率”用差频作为测尺频率用差频作为测尺频率两式相减得：两式相减得：令：令：，111111()2()2cDNNf Dc NNf12

6、12122()()ffDc NNNN南京工业大学测绘学院9222222()2()2cDNNf Dc NNf 1212fff1212NNN1212NNN1212121212121()()22cDNNNNf1212122cf1212120N南京工业大学测绘学院10121212121222cDNf 为解决扩大测程和提高精度的矛盾，既得为解决扩大测程和提高精度的矛盾，既得到距离的单值解，同时具有高精度和远测到距离的单值解，同时具有高精度和远测程，相位式测距仪一般采用一组测尺共同测程，相位式测距仪一般采用一组测尺共同测距，即用精测频率测定余长以保证精度，设距，即用精测频率测定余长以保证精度，设置多级频率

7、置多级频率(粗测频率粗测频率)来解算来解算 N(N(通常称为通常称为多级固定频率测距仪多级固定频率测距仪)而保证测程，从而解决而保证测程，从而解决“多值性多值性”问题。问题。南京工业大学测绘学院11测尺频率15MHz1.5MHz150kHz15kHz1.5kHz测尺长度精 度10m1cm100m10cm1km1m10km10m100km100m 由上表看出，各直接测尺频率彼此相差较由上表看出，各直接测尺频率彼此相差较大，而且测程愈长时，测尺频率相差愈悬大，而且测程愈长时，测尺频率相差愈悬殊，这使电路中放大器的增益和相移的稳定殊，这使电路中放大器的增益和相移的稳定性难于一致，于是，有些远程相位式

8、测距仪性难于一致，于是，有些远程相位式测距仪改用一组数值上比较接近的测尺频率，利用改用一组数值上比较接近的测尺频率，利用差频频率作为间接测尺频率，可得到与直接差频频率作为间接测尺频率，可得到与直接测尺频率同样的效果。测尺频率同样的效果。上式表明，同一距离上用两个测尺频率测上式表明，同一距离上用两个测尺频率测得不足一整周期的尾数得不足一整周期的尾数 其差数其差数1212121212121()()22cDNNNNf12NN和南京工业大学测绘学院1212NN与直接用差频与直接用差频 测得的尾数测得的尾数 是一致是一致的。于是，我们可以选择一组相近的测尺频的。于是，我们可以选择一组相近的测尺频率率 进

9、行测量，测得各自进行测量，测得各自的尾数为的尾数为 若取若取 为精为精测尺频率，取测尺频率，取 为间接测尺频为间接测尺频率，其尾数率，其尾数 可按可按 间接算得则适当选取测尺频率间接算得则适当选取测尺频率的大小就可形成一套测尺长度为十进制的测的大小就可形成一套测尺长度为十进制的测尺系统，这种用差频作为测尺频率进行测距尺系统，这种用差频作为测尺频率进行测距的的 方式，称为方式，称为“间接测尺频率间接测尺频率”的方式。的方式。12f12N南京工业大学测绘学院1312,ff 12,NNN 1f1213,ff 1213,NN 11jjNN N12,ff 例如例如：精尺和粗尺频率 精尺和间接 测尺长度

10、精度 测尺频率 115fMHz12u南京工业大学测绘学院14115fMHz310.99ff210.9ff510.9999ff410.999ff1210.11.5ffMHz1310.01150ffKHz1410.00115ffKHz1510.00011.5ffK H z4.2.3.JCY-24.2.3.JCY-2型测距仪距离初值计算型测距仪距离初值计算1213141510299702500.9999299672530.999299402800.99296705480.926973225299792458/;1.00030023299702478.3gfHzffHzffHzffHzffHzCm s

11、 nC南京工业大学测绘学院15距离初值计算公式：距离初值计算公式：由于由于JCY-2型测距仪上型测距仪上 的电感移相器最的电感移相器最大只能作大只能作 的移相的移相,因而数码器也只能显因而数码器也只能显示不足半周期的尾数，故距离初值计算公式示不足半周期的尾数，故距离初值计算公式为：为：则差频测相公式为：则差频测相公式为：1801111142.5cDNNfDm NN南京工业大学测绘学院161,1,1,4iiicDNNf 1111,51,51,51,41,41,41,31,31,31,21,21,2:2.5:2.510:2.5100:2.51000:2.510000fDmNNfDmNNfDmNNf

12、DmNNfDmNN南京工业大学测绘学院1712345134561225151289NNNNN1,2121,3131,4141,515573909983845NNNNNNNNNNNN 南京工业大学测绘学院184.2.4.4.2.4.精测和粗测数据的正确组合精测和粗测数据的正确组合 由于噪音的影响，高频电路的干扰及由于噪音的影响，高频电路的干扰及测相电路本身的缺陷等，使测相带有一测相电路本身的缺陷等，使测相带有一定的误差，造成精测和粗测数据组合时定的误差，造成精测和粗测数据组合时就可能在十米位发生错误。在下面表格就可能在十米位发生错误。在下面表格中可以看出中可以看出,如米位有如米位有2m2m误差误

13、差,就可能就可能使显示的数字发生多使显示的数字发生多10m10m或少或少10m10m的错的错误。误。南京工业大学测绘学院19南京工业大学测绘学院20 如按下表的方法进行置中值运算，前面两如按下表的方法进行置中值运算，前面两个例子就可以避免产生个例子就可以避免产生10m10m的差错了的差错了置中是根据精测尺的米位数字进行加减运算的置中是根据精测尺的米位数字进行加减运算的南京工业大学测绘学院21南京工业大学测绘学院224.3.4.3.距离观测值的改正距离观测值的改正1.1.气象改正气象改正 DnDn 这是电磁波测距的重要改正，因为电磁波这是电磁波测距的重要改正，因为电磁波在大气中传输时受气象条件的

14、影响很大。此在大气中传输时受气象条件的影响很大。此项改正的实质是大气折射率对距离的改正。项改正的实质是大气折射率对距离的改正。因折射率与气压、气温、湿度有关，因此习因折射率与气压、气温、湿度有关，因此习惯上我们称为气象改正。测距仪的调制频率惯上我们称为气象改正。测距仪的调制频率是根据测距仪选定的参考大气条件设计的，是根据测距仪选定的参考大气条件设计的，设与参考大气条件相应的折射率为设与参考大气条件相应的折射率为 故仪故仪器器测算出来的距离为：测算出来的距离为：nnnDnctD0002南京工业大学测绘学院230002 nctD将上式对将上式对 求微分求微分,并换成有限增量得并换成有限增量得一般大

15、气条件下光的折射率一般大气条件下光的折射率 为空气膨涨系数为空气膨涨系数,其值为其值为0212nc tnDnDnn n南京工业大学测绘学院24810151.5760111tePtnng1273.16对于调制光在标准大气状态对于调制光在标准大气状态(，二氧化碳含量为二氧化碳含量为 ）下的大气折射率可安下式计算：下的大气折射率可安下式计算：式中式中 为光的波长为光的波长例如例如DCH2型测距仪，红外光的波长型测距仪，红外光的波长 代入上式得代入上式得：0.030t 南京工业大学测绘学院25760PmmHg0e 1.00029473gn 72448.8640.6801(2876.04)10gn 0.

16、83 m而对而对JCY-2JCY-2型型则：则：2.2.仪器加常数改正和乘常数改正仪器加常数改正和乘常数改正1)1)仪器加常数改正仪器加常数改正 因测距仪、反光镜的安置中心与测距中因测距仪、反光镜的安置中心与测距中心不一致而产生的距离改正，称仪器加常心不一致而产生的距离改正，称仪器加常数改正数改正,包括测距仪加常数和反光镜加常包括测距仪加常数和反光镜加常数。数。1.00030023gn 60107.9115.02(300.23)10273.16nPeDDt南京工业大学测绘学院26 在测距仪的调试时，常通过电子线路补在测距仪的调试时，常通过电子线路补偿，使其为偿，使其为0 0，但实际上不可能严格

17、为零，即，但实际上不可能严格为零，即存在剩余值，故有时又称为剩余加常数。当存在剩余值，故有时又称为剩余加常数。当多次或用多种方法测定并确认仪器存在明显多次或用多种方法测定并确认仪器存在明显的加常数时，应在测距成果中加入仪器加常的加常数时，应在测距成果中加入仪器加常数改正：数改正：(均为负值均为负值)1K2K南京工业大学测绘学院271KD0D12KKK1K2K2)2)乘常数改正乘常数改正 因测距仪的基准频率等因素产生的尺度参因测距仪的基准频率等因素产生的尺度参数成为乘常数。数成为乘常数。设设 为标准频率，假定无误差为标准频率，假定无误差,为实为实际际工作频率工作频率,令频率偏差令频率偏差 标f南

18、京工业大学测绘学院28标标nfcu2实实nfcu2）标标标标标实ffnfcffnfcffncu1(2)1(2)(21)1(Ruu标实)1(RDD标实实f实标fff3)3)六段法测定仪器加常数的基本原理六段法测定仪器加常数的基本原理 南京工业大学测绘学院29121()()()nniiDKdKdKdKdnK111niiDdKn21(1)Kdnmmn 3.3.波道曲率改正波道曲率改正 电磁波在近距离上的传播可看成是直电磁波在近距离上的传播可看成是直线，但当距离较远时，因受大气垂直折射线，但当距离较远时，因受大气垂直折射的影响，就不是一条直线，而是一条半径的影响，就不是一条直线，而是一条半径为为的弧线

19、，实际测得的距离就是弧线的弧线，实际测得的距离就是弧线DD，我们把弧长，我们把弧长DD化为弦长化为弦长D D的改正称的改正称为第一速度正。为第一速度正。223 24kRDDg南京工业大学测绘学院30 实际测距时，一般只是在测线两端测定气实际测距时，一般只是在测线两端测定气象元素，由此求出测线两端折射率的平均象元素，由此求出测线两端折射率的平均值，代替严格意义下的测线折射率的积分平值，代替严格意义下的测线折射率的积分平均值。这种以测线两端点的折射率代替测线均值。这种以测线两端点的折射率代替测线折射率而产生的改正，叫第二速度改正折射率而产生的改正，叫第二速度改正3 212)1(DRkkDV南京工业大学测绘学院314.4.归心改正归心改正5.5.周期误差改正周期误差改正南京工业大学测绘学院32)coscos(eeDe)sin(0AD/360200D4.3.4.3.测距的误差来源和精度表达式测距的误差来源和精度表达式1.1.测距的主要误差来源测距的主要误差来源南京工业大学测绘学院330112224cDccffn0004cdcddfdndDDDDdKfncfn022222222022220()()4cfnDKmmmcmmDmfncfn