電磁波測距儀測距原理

電磁波測距有兩種方法:脈沖測距法和相位測距法。

由測線一端的儀器發(fā)射的光脈沖的一部分直接由儀器內(nèi)部進(jìn)入接收光電器件，作為參考脈沖;其余發(fā)射出去的光脈沖經(jīng)過測線另一端的反射鏡反射回來之后，也進(jìn)入接收光電器件。測量參考脈沖同反射脈沖相隔的時(shí)間t，即可由下式求出距離D: ,式中 c為光速。衛(wèi)星大地測量中用于測量月球和人造衛(wèi)星的激光測距儀，都采用脈沖測距法。

用高頻電流調(diào)制后的光波或微波從測線一端發(fā)射出去，由另一端返回后，用鑒相器測量發(fā)射波與回波之間的相位差嗘。若調(diào)制頻率為f，則電磁波往返經(jīng)歷的時(shí)間為:式中n是

時(shí)間t中的整周數(shù)。將 t代入到上列脈沖測距法的公式中，得距離D為: ,式中λ是已知的調(diào)制波波長相當(dāng)于測量距離的尺子的長度,n相當(dāng)于測程上的整尺數(shù)是不足一個(gè)測尺長的尾數(shù)。

為了確定整尺數(shù)n,通常采用可變頻率法和多級(jí)固定頻率法。前者是使測距儀的調(diào)制頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，這就相當(dāng)于連續(xù)改變測尺長度，使它恰好能量盡待測距離。測距時(shí)，逐次調(diào)變頻率，使不足整尺的尾數(shù)等于零。根據(jù)出現(xiàn)零的次數(shù)和相應(yīng)的頻率值，就可以確定整測尺數(shù)n°當(dāng)采用多級(jí)固定頻率法時(shí),相當(dāng)于采用幾根不同長度的測尺丈量同一距離。根據(jù)用不同頻率所測得的相位差，就可以解出整周數(shù)n，從而求得距離D。

相位差除了用鑒相器測量之外，還可采用可變光路法，即用儀器內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)改變接收信號(hào)的光程，使該信號(hào)延遲一段時(shí)間。電子儀表指示發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)相位相同時(shí)，直接在刻劃尺上讀出尾數(shù)。此外，還可以用延遲電路來改變接收信號(hào)的相位，由該電路調(diào)整控制器上的分劃，讀出尾數(shù)。

目前地面上的電磁波測距一般都采用相位測距法。

電磁波測距儀根據(jù)載波為光波或微波而有光電測距儀和微波測距儀之分。前者又因光源和電子部件的改進(jìn)，發(fā)展成為激光測距儀和紅外測距儀。

早期的光電測距儀采用電子管線路, 以白熾燈或高壓水銀燈作為光源，體型大，測程較短，而且只能在夜間觀測。60年代末出現(xiàn)了以氦氖激光器作光源、采用晶體管線路的激光測距儀，主機(jī)重量約20公斤，測程可達(dá)60公里,而且日夜都可以觀測,測距精度約為±(5毫米+1×10D)。70年代出現(xiàn)了通過雙載波測距、自動(dòng)改正大氣折射影響的激光測距儀，測距精度又有了進(jìn)一步的提高。1979年更出現(xiàn)了三波長測距儀，使測距精度達(dá)到了千萬分之一。

在發(fā)展激光測距儀的同時(shí)，60年代中期出現(xiàn)了以砷化鎵管作為光源的紅外測距儀。它的優(yōu)點(diǎn)是體型小，發(fā)光效率高;更由于微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，再與電子經(jīng)緯儀結(jié)合，于是形成了具備測距、測角、記錄、計(jì)算等多功能的測量系統(tǒng)，有人稱之為電子全站儀或電子速測儀。目前這種儀器的型號(hào)很多，測程一般可達(dá)5公里,有的更長,測距精度為±(5毫米+3×10D)，廣泛用于城市測量、工程測量和地形測量。

原理是將測距頻率調(diào)制在載波上，由主臺(tái)發(fā)射出去，經(jīng)副臺(tái)接收和轉(zhuǎn)送回來之后，測量調(diào)制波的相位。確定測線上整周期數(shù) n和相位差 嗘/2π 的原理與光電測距相同。早期的微波測距儀為了測定相位差，使發(fā)射的調(diào)制波在陰極射線管上產(chǎn)生一個(gè)圓形掃跡;返回信號(hào)則變換成為脈沖,它使圓形掃跡產(chǎn)生一個(gè)缺口,其位置表示發(fā)射信號(hào)與返回信號(hào)的相位差。以后改用移相平衡原理測定相位差。從1956年到70年代中期，微波測距儀有了重大改進(jìn)。它經(jīng)歷了電子管、晶體管和集成電路3個(gè)階段，重量減輕，體積縮小，耗電量下降,并提高載波頻率以縮小波束角，提高調(diào)制頻率使測距讀數(shù)更為精確。此外,它還有全天候和測程遠(yuǎn)(可達(dá)到100公里)的優(yōu)點(diǎn)，因此是一種很方便的測距儀器。但因它的波束角比光電測距儀的大，多路徑效應(yīng)嚴(yán)重，地表和地物的反射波使接收波的組成極為復(fù)雜，而又無法區(qū)分，給觀測結(jié)果帶來誤差。此外，大氣濕度對(duì)微波測距的影響相當(dāng)大，而在野外濕度又難于測定。因此，微波測距的精度低于光電測距。(見彩圖)