GPS測距儀

系統(tǒng)安全類軟件

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常見的測距儀從量程上可以分為短程 、中程和高程測距儀;

從測距儀采用的調(diào)制對象上可以分為:光電測距儀、聲波測距儀。

光電 測距儀按照測距方法，又分為相位法測距儀和脈沖測距 儀兩種。

脈沖測距儀是利用向目標物體發(fā)射一束光，測定目標物將光反射回來的時間，從而計算出儀器與目標物的距離，由于激光具有良好的方向性、單一的波長，所以是光電測距儀一般使用激光作為調(diào)制對象，所以脈沖式測距儀又被俗稱為激光測距儀。

利用脈沖法測距的激光測距儀可以達到較寬的測距量程，可以用于室內(nèi)和室外測量，其典型的測距范圍為3.5米到2000米，高量程的激光測距儀可以達到5000米，軍事用途的激光測距機可以到達更遠的測程。由于具有了測量遠距離測量目標的能力，為了將測距目標直觀的被使用者觀察到，所以激光測距儀一般具有望遠系統(tǒng)，又被稱之為激光測距儀望遠鏡，右圖為三筒的激光測距望遠鏡的典型圖。

激光測距儀的精度主要取決于儀器計算激光發(fā)出到接收之間時間的計算準確度，根據(jù)所采用的技術和應用場合激光測距儀可以分為精度是1米左右的常規(guī)激光測距儀(主要用于戶外運動，狩獵等)和用于測繪、土地丈量、建筑、工程應用、軍事等對精度要求較高場合的高精度型激光測距儀。

相位法測距儀是將激光的相位進行調(diào)制，通過測量反射回來的激光的相位差來獲得距離的測距儀。由于需要對反射回來的激光相位進行檢相，所以要求接收信號需要具有較強的強度，考慮到人眼的安全性，所以不能采用脈沖式激光測距儀一樣的望遠系統(tǒng)，且量程較小，測距的典型量程是0.5mm到150米，一般相位法激光測距儀采用635納米的(視覺為紅色)激光作為調(diào)試對象，又被俗稱紅外測距儀，但其實激光的定義并不是以顏色來定義，而采用635納米的激光測距儀如果對人眼直接照射，會造成不可逆的傷害，請讀者正確使用和防護。

聲波測距是利用聲波的反射特性而進行測量的一種儀器，一般采用超聲波作為調(diào)制對象，即超聲波測距儀。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即中斷停止計時。 通過不斷檢測產(chǎn)生波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射超聲波和接收到回波的時間差T，然后求出距離L。

由于超聲波的在空氣中傳播的速度受到溫度，濕度，氣壓等影響較大，所以測量誤差較大，且由于超聲波波長較長，導致傳播距離較短，所以一般的超聲波測距儀測量距離比較短，測量精度比較低。但利用超聲波成扇面?zhèn)鞑サ奶攸c，其探測范圍較光電測距儀大，在實際工程中被廣泛的應用于安全防護，線纜高度測量，障礙物檢測等領域。

激光測距儀一般采用兩種方式來測量距離:脈沖法和相位法。脈沖法測距的過程是這樣的:測距儀發(fā)射出的激光經(jīng)被測量物體的反射后又被測距儀接收，測距儀同時記錄激光往返的時間。光速和往返時間的乘積的一半，就是測距儀和被測量物體之間的距離。脈沖法測量距離的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此類測距儀的測量盲區(qū)一般是15米左右。

激光測距是光波測距中的一種測距方式，如果光以速度c在空氣中傳播在A、B兩點間往返一次所需時間為t，則A、B兩點間距離D可用下列表示。

D=ct/2

式中:

D--測站點A、B兩點間距離;

c--光在大氣中傳播的速度;

t--光往返A、B一次所需的時間。

由上式可知，要測量A、B距離實際上是要測量光傳播的時間t，根據(jù)測量時間方法的不同，激光測距儀通常可分為脈沖式和相位式兩種測量形式。

相位式激光測距儀

相位式激光測距儀是用無線電波段的頻率，對激光束進行幅度調(diào)制并測定調(diào)制光往返測線一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長，換算此相位延遲所代表的距離。即用間接方法測定出光經(jīng)往返測線所需的時間，如圖所示。

相位式激光測距儀一般應用在精密測距中。由于其精度高，一般為毫米級，為了有效的反射信號，并使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上，對這種測距儀都配置了被稱為合作目標的反射鏡。

若調(diào)制光角頻率為ω，在待測量距離D上往返一次產(chǎn)生的相位延遲為φ，則對應時間t 可表示為:

t=φ/ω

將此關系代入(3-6)式距離D可表示為

D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)

=c/4f (N+ΔN)=U(N+)

式中:

φ--信號往返測線一次產(chǎn)生的總的相位延遲。

ω--調(diào)制信號的角頻率，ω=2πf。

U--單位長度，數(shù)值等于1/4調(diào)制波長

N--測線所包含調(diào)制半波長個數(shù)。

Δφ--信號往返測線一次產(chǎn)生相位延遲不足π部分。

ΔN--測線所包含調(diào)制波不足半波長的小數(shù)部分。

ΔN=φ/ω

在給定調(diào)制和標準大氣條件下，頻率c/(4πf)是一個常數(shù)，此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數(shù)的測量和不足半波長的小數(shù)部分的測量即測N或φ，由于近代精密機械加工技術和無線電測相技術的發(fā)展，已使φ的測量達到很高的精度。

為了測得不足π的相角φ，可以通過不同的方法來進行測量，通常應用最多的是延遲測相和數(shù)字測相，目前短程激光測距儀均采用數(shù)字測相原理來求得φ。

由上所述一般情況下相位式激光測距儀使用連續(xù)發(fā)射帶調(diào)制信號的激光束，為了獲得測距高精度還需配置合作目標，而目前推出的手持式激光測距儀是脈沖式激光測距儀中又一新型測距儀，它不僅體積小、重量輕，還采用數(shù)字測相脈沖展寬細分技術，無需合作目標即可達到毫米級精度，測程已經(jīng)超過100m，且能快速準確地直接顯示距離。是短程精度精密工程測量、房屋建筑面積測量中最新型的長度計量標準器具。現(xiàn)應用最多的是leica公司生產(chǎn)的DISTO系列手持式激光測距儀和圖雅得Trueyard 激光測距望遠鏡等。

全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范 GB/T 18314-2001

Specifications for global positioning system (GPS) surveys