光學(xué)測距

相位測距法是通過強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)光波在往返傳播過程中的相位變化來測量光束的往返傳播時間，其計算公式如下:

t=Φ/2πf

式中，t為光波往返傳播時間(s);Φ為調(diào)制光波的相位變化量(rad); f為調(diào)制頻率(Hz)。

光的往返傳播時間得到后，目標(biāo)至參考點的距離可由下式求得

R=(c/2)×(Φ/2πf)=(λ/2)×(Φ/2π)

式中，R為目標(biāo)至參考點距離(m);c為光波傳播速度(m/s);λ為調(diào)制光波波長(m)。

相位位移是以2π為周期變化的，因此有

Φ=(N+△n).2π

式中，N為相位變化整周期數(shù);△n為相位變化非整周期數(shù)。

由以上兩式可知

R=λ/2×(N+△n)

上式表明，只要測出發(fā)射和接收光波的相位差，即可得到目標(biāo)的距離。因此相位測距可理解為以調(diào)制光波半波長為"測量尺度"的距離測量方法。

光學(xué)測距中常使用激光測距。這是利用激光的單色性和相干性好、方向性強(qiáng)等特點，以實現(xiàn)高精度的計量和檢測，如測量長度、距離、速度、角度等等。激光測距在技術(shù)途徑上可分為脈沖式激光測距和連續(xù)波相位式激光測距。脈沖式激光測距原理與雷達(dá)測距相似，測距儀向目標(biāo)發(fā)射激光信號，碰到目標(biāo)就要被反射回來，由于光的傳播速度是已知的，所以只要記錄下光信號的往返時間，用光速(30萬千米/秒)乘以往返時間的二分之一，就是所要測量的距離?，F(xiàn)在廣泛使用的手持式和便攜式測距儀，作用距離為數(shù)百米至數(shù)十千米，測量精度為五米左右。我國研制的對衛(wèi)星測距的高精度測距儀，測量精度可達(dá)到幾厘米。連續(xù)波相位式激光測距是用連續(xù)調(diào)制的激光波束照射被測目標(biāo)，從測量光束往返中造成的相位變化，可換算出被測目標(biāo)的距離。為了確保測量精度，一般要在被測目標(biāo)上安裝激光反射器。它測量的相對誤差為百萬分之一。激光測距儀與微波雷達(dá)結(jié)合，還可以發(fā)揮激光波速窄的特長，彌補(bǔ)微波雷達(dá)低仰角工作時受地面干擾的不足。激光測距與光學(xué)經(jīng)緯儀、紅外及電視跟蹤系統(tǒng)相結(jié)合，組成光電跟蹤測量系統(tǒng)，既可作為靶場試驗的測量設(shè)備，又常用作武器的光電火力控制系統(tǒng)。這種激光測距儀已廣泛用于地面火炮、坦克炮的火控系統(tǒng)，大大提高了命中率。

1.被測物體平面必須與光線垂直么，通常精密測距需要全反射棱鏡配合，而房屋量測用的測距儀，直接以光滑的墻面反射測量，主要是因為距離比較近，光反射回來的信號強(qiáng)度夠大。與此可以知道，一定要垂直，否則返回信號過于微弱將無法得到精確距離。

2.若被測物體平面為漫反射通常也是可以的，但實際工程中會采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴(yán)重的問題。

光電測距儀根據(jù)測定時間t的方式，分為直接測定時間的脈沖測距法和間接測定時間的相位測距法。高精度的測距儀，一般采用相位式。

相位式光電測距儀的測距原理是：由光源發(fā)出的光通過調(diào)制器后，成為光強(qiáng)隨高頻信號變化的調(diào)制光。通過測量調(diào)制光在待測距離上往返傳播的相位差φ來解算距離。

相位法測距相當(dāng)于用“光尺”代替鋼尺量距，而λ/2為光尺長度。

相位式測距儀中，相位計只能測出相位差的尾數(shù)ΔN，測不出整周期數(shù)N，因此對大于光尺的距離無法測定。為了擴(kuò)大測程，應(yīng)選擇較長的光尺。為了解決擴(kuò)大測程與保證精度的矛盾，短程測距儀上一般采用兩個調(diào)制頻率，即兩種光尺。例如：長光尺（稱為粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于擴(kuò)大測程，測定百米、十米和米；短光尺（稱為精尺）f2=15MHz，λ2/2=10m，用于保證精度，測定米、分米、厘米和毫米。

（1）安置儀器 先在測站上安置好經(jīng)緯儀，對中、整平后，將測距儀主機(jī)安裝在經(jīng)緯儀支架上，用連接器固定螺絲鎖緊，將電池插入主機(jī)底部、扣緊。在目標(biāo)點安置反射棱鏡，對中、整平，并使鏡面朝向主機(jī)。

（2）觀測垂直角、氣溫和氣壓 用經(jīng)緯儀十字橫絲照準(zhǔn)覘板中心，測出垂直角α。同時，觀測和記錄溫度和氣壓計上的讀數(shù)。觀測垂直角、氣溫和氣壓，目的是對測距儀測量出的斜距進(jìn)行傾斜改正、溫度改正和氣壓改正，以得到正確的水平距離。

（3）測距準(zhǔn)備 按電源開關(guān)鍵“PWR”開機(jī)，主機(jī)自檢并顯示原設(shè)定的溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)值，自檢通過后將顯示“good”。

若修正原設(shè)定值，可按“TPC”鍵后輸入溫度、氣壓值或棱鏡常數(shù)（一般通過“ENT”鍵和數(shù)字鍵逐個輸入）。一般情況下，只要使用同一類的反光鏡，棱鏡常數(shù)不變，而溫度、氣壓每次觀測均可能不同，需要重新設(shè)定。

（4）距離測量 調(diào)節(jié)主機(jī)照準(zhǔn)軸水平調(diào)整手輪（或經(jīng)緯儀水平微動螺旋）和主機(jī)俯仰微動螺旋，使測距儀望遠(yuǎn)鏡精確瞄準(zhǔn)棱鏡中心。在顯示“good”狀態(tài)下，精確瞄準(zhǔn)也可根據(jù)蜂鳴器聲音來判斷，信號越強(qiáng)聲音越大，上下左右微動測距儀，使蜂鳴器的聲音最大，便完成了精確瞄準(zhǔn)，出現(xiàn)“*”。

精確瞄準(zhǔn)后，按“MSR”鍵，主機(jī)將測定并顯示經(jīng)溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)改正后的斜距。在測量中，若光速受擋或大氣抖動等，測量將暫被中斷，此時“*”消失，待光強(qiáng)正常后繼續(xù)自動測量；若光束中斷30秒，須光強(qiáng)恢復(fù)后，再按“MSR”鍵重測。

斜距到平距的改算，一般在現(xiàn)場用測距儀進(jìn)行，方法是：按“V／H”鍵后輸入垂直角值，再按“SHV”鍵顯示水平距離。連續(xù)按“SHV”鍵可依次顯示斜距、平距和高差。

1．儀器結(jié)構(gòu)

主機(jī)通過連接器安置在經(jīng)緯儀上部，經(jīng)緯儀可以是普通光學(xué)經(jīng)緯儀，也可以是電子經(jīng)緯儀。利用光軸調(diào)節(jié)螺旋，可使主機(jī)的發(fā)射——接受器光軸與經(jīng)緯儀視準(zhǔn)軸位于同一豎直面內(nèi)。另外，測距儀橫軸到經(jīng)緯儀橫軸的高度與覘牌中心到反射棱鏡高度一致，從而使經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心的視線與測距儀瞄準(zhǔn)反射棱鏡中心的視線保持平行，

配合主機(jī)測距的反射棱鏡，根據(jù)距離遠(yuǎn)近，可選用單棱鏡（1500m內(nèi)）或三棱鏡（2 500m內(nèi)），棱鏡安置在三腳架上，根據(jù)光學(xué)對中器和長水準(zhǔn)管進(jìn)行對中整平。

2．儀器主要技術(shù)指標(biāo)及功能

短程紅外光電測距儀的最大測程為2 500m，測距精度可達(dá)±（3mm+2×10-6×D）（其中D為所測距離）；最小讀數(shù)為1 mm；儀器設(shè)有自動光強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，在復(fù)雜環(huán)境下測量時也可人工調(diào)節(jié)光強(qiáng)；可輸入溫度、氣壓和棱鏡常數(shù)自動對結(jié)果進(jìn)行改正；可輸入垂直角自動計算出水平距離和高差；可通過距離預(yù)置進(jìn)行定線放樣；若輸入測站坐標(biāo)和高程，可自動計算觀測點的坐標(biāo)和高程。測距方式有正常測量和跟蹤測量，其中正常測量所需時間為3s，還能顯示數(shù)次測量的平均值；跟蹤測量所需時間為0.8s，每隔一定時間間隔自動重復(fù)測距。