第05讲光电测距仪.ppt

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1、数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用（补）一、光电测距的发展过程（补）一、光电测距的发展过程光速每秒近光速每秒近300000km，这样高的速度要想，这样高的速度要想加以利用是一件不容易的事情。加以利用是一件不容易的事情。40年代前年代前后飞行技术的发展改变了战争的面貌，迫使后飞行技术的发展改变了战争的面貌，迫使人们寻求迅速侦测飞机的手段，这时便开始人们寻求迅速侦测飞机的手段，这时便开始发展利用电磁波反射探测飞机的设备发展利用电磁波反射探测飞机的设备雷雷达。与此同时，各种探测方式的导航系统也达。与此同时，各种探测方式的导航系统也发展起来。并且它们反过来促进电子测时技发展起来。并且它们反过来促

2、进电子测时技术、测相技术、高稳定高频率源等一系列新术、测相技术、高稳定高频率源等一系列新领域的深入研究。这些为后来的光电测距奠领域的深入研究。这些为后来的光电测距奠定了基础。定了基础。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用测距仪测距仪数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用北京光学仪器厂北京光学仪器厂DC-30JG 激光测激光测距仪距仪数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用一、光电测距的发展过程（续）一、光电测距的发展过程（续）50年代出现于测量领域的光电测距仪年代出现于测量领域的光电测距仪NASM曾以惊人的效率和精度直接测量曾以惊人的效率和精度直接测量三角网边的长度。当时仪器重达三角网边

3、的长度。当时仪器重达100kg，而且只能夜间作业。然而它的光辉前景极而且只能夜间作业。然而它的光辉前景极大地吸引着各国的科学家及测绘界的专家大地吸引着各国的科学家及测绘界的专家们。人们密切注视各个科学领域的最新发们。人们密切注视各个科学领域的最新发展，尽快采用最新科学技术的成果从事光展，尽快采用最新科学技术的成果从事光电测距技术的研制。电测距技术的研制。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用一、光电测距的发展过程（续）一、光电测距的发展过程（续）60年代以来，仪器的体积重量，应用范围、测距年代以来，仪器的体积重量，应用范围、测距精度、仪器的功耗、测量速度等方面都有很大改精度、仪器的功耗、测量

4、速度等方面都有很大改进。进。1960年年7月美国宣布世界上第一台红宝石激光月美国宣布世界上第一台红宝石激光器研制成功器研制成功。（激光特性：即三好（单色性好、相干性好、方（激光特性：即三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高：向性好）一高（亮度高：比普通光源高出比普通光源高出10121019倍倍）。）。第二年就有了激光器武装测距仪的实验报告，创第二年就有了激光器武装测距仪的实验报告，创造了激光技术应用的最先范例。造了激光技术应用的最先范例。1968年瑞典年瑞典AgA厂研制成功的厂研制成功的AgA8型激光测距仪以及我国继之研型激光测距仪以及我国继之研制成功的制成功的JCY2激光测距仪，是

5、具有一定代表性激光测距仪，是具有一定代表性的第二代光电测距仪。变频式测距也有了新的进的第二代光电测距仪。变频式测距也有了新的进展。展。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用一、光电测距的发展过程（续）一、光电测距的发展过程（续）1962年出现了半导体光器件以后，测距仪年出现了半导体光器件以后，测距仪的小型化、自动化，多功能等优点表现突的小型化、自动化，多功能等优点表现突出，它为解决工程测量日常繁多测边工作出，它为解决工程测量日常繁多测边工作提供了有利的条件。瑞士提供了有利的条件。瑞士wild厂，厂，Kern厂厂生产的生产的DI系列，系列，DM系列测距仪，我国生产系列测距仪，我国生产的的DCH

6、-1测距仪都是工程测量欢迎使用的测距仪都是工程测量欢迎使用的测边工具。测边工具。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用一、光电测距的发展过程（续）一、光电测距的发展过程（续）光电测距仪继续沿着小型轻便、一机多能和光电测距仪继续沿着小型轻便、一机多能和超高精度的方向发展。特别是测距仪与测角超高精度的方向发展。特别是测距仪与测角仪器的有机结合，测角仪器进入光电化数字仪器的有机结合，测角仪器进入光电化数字行列，这样有可能将测角与测距构成一体，行列，这样有可能将测角与测距构成一体，形成全站化测量，并进一步完成现场归算等形成全站化测量，并进一步完成现场归算等一系列成果处理，这就是现今引人注目的一系列成

7、果处理，这就是现今引人注目的“全站型速测仪全站型速测仪”，如美国，如美国HP 3820 A，wild厂的厂的TC-2000等仪器。等仪器。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用一、光电测距的发展过程（续）一、光电测距的发展过程（续）测量工作容易受到大气因素的影响。测量工作容易受到大气因素的影响。一种称为多波束测距仪可望在消除大气因素一种称为多波束测距仪可望在消除大气因素对光电测距影响方面为人们提供可喜福音。对光电测距影响方面为人们提供可喜福音。当然，这还是进一步研制提高其实用性的问当然，这还是进一步研制提高其实用性的问题。题。为了便于辨别和使用，人们习惯对测距仪进为了便于辨别和使用，人们习惯

8、对测距仪进行必要的分类行必要的分类 数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用二、分类二、分类1.按测程分类按测程分类 以光电测距仪可能达到最佳以光电测距仪可能达到最佳测量长度为依据，分为短程、中程、远程测量长度为依据，分为短程、中程、远程三类测距仪。三类测距仪。短程短程测距仪，其测程测距仪，其测程23 km；中程中程测距仪测距仪 315km；远程远程测距仪测距仪 测程测程1560km。此外还有。此外还有超远程超远程测距仪，测距仪，其测程大于其测程大于60km，主要应用于人造地球，主要应用于人造地球卫星测距的大功率测距仪，其测程一般在卫星测距的大功率测距仪，其测程一般在几千几千km以上。以上。数

9、字化测图原理及应用数字化测图原理及应用二、分类（续）二、分类（续）2.按测距仪装备的光源分类不同可分为：按测距仪装备的光源分类不同可分为：光电测距光电测距（普通光源的可见光、激光作（普通光源的可见光、激光作光源的称为激光测距仪或用红外光源的光源的称为激光测距仪或用红外光源的称为红外光电测距）称为红外光电测距）微波测距微波测距（微波段的无线电波）（微波段的无线电波）数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用二、分类（续）二、分类（续）3按测距仪所设计的振荡频率的情况分按测距仪所设计的振荡频率的情况分类一般分为固频式测距仪和变频式测距仪。类一般分为固频式测距仪和变频式测距仪。4按测距仪测定按测距仪测

10、定f的方法分类有脉冲法测的方法分类有脉冲法测距仪、相位法测距仪、相位距仪、相位法测距仪、相位脉冲法测距仪脉冲法测距仪和干涉法测距仪等。其中以脉冲法及相位法和干涉法测距仪等。其中以脉冲法及相位法是较为成熟的是较为成熟的f、D测量方法，并且以相位测量方法，并且以相位法的测量精度为最高，应用也最为普遍。在法的测量精度为最高，应用也最为普遍。在工程测量中相位法测距仪是最为常用的光电工程测量中相位法测距仪是最为常用的光电测距仪。测距仪。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用激光测距仪数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用卫星激光测距仪数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用Wild 新新T2+DI1

11、000相位式红外测距仪相位式红外测距仪数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用测距仪的反射器测距仪的反射器数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用三、电磁波测距原理三、电磁波测距原理D=ct 2B测距仪反射器A重点介绍光电测距的基本原理，两种重点介绍光电测距的基本原理，两种原理的基本思路，优缺点原理的基本思路，优缺点数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用DCtD221ABD出射光入射光数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用电磁波测距原理n测距仪把一定波长的电磁波从测距仪把一定波长的电磁波从A点射向点射向B点，经点，经B点的反光棱镜反射后由测距仪点的反光棱镜反射后由测距仪接收，射出与接收波之

12、间的相位差（可接收，射出与接收波之间的相位差（可用微电子技术自动测量）是电磁波在用微电子技术自动测量）是电磁波在AB点之间往返时间的函数点之间往返时间的函数表达式表达式。用它可以算得测距仪至反光镜之间斜距用它可以算得测距仪至反光镜之间斜距长度的长度的“尾数尾数”。用几个不同波长的电。用几个不同波长的电磁波（调制波）测量同一段距离可以既磁波（调制波）测量同一段距离可以既扩大测程又保持精度。扩大测程又保持精度。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用三三.1.1、脉冲式测距原理、脉冲式测距原理 光脉冲发射器光电接收器取样棱镜时标振荡器记数及显示部分主波脉冲回波脉冲电子门D=nl (n：脉冲个数，：

13、脉冲个数，l：单脉冲时间光运：单脉冲时间光运行的距离）行的距离）数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用由于受脉冲宽度和电子计数器时间分辨率由于受脉冲宽度和电子计数器时间分辨率的限制，测距精度较低。的限制，测距精度较低。近年来生产的脉冲式测距仪的精度已经达近年来生产的脉冲式测距仪的精度已经达到毫米级，与相位式测距相当到毫米级，与相位式测距相当数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用已知：已知：时标脉冲频率：时标脉冲频率：f=15 Mhz电磁波速度：电磁波速度：v=310 8 m/s时标脉冲个数：时标脉冲个数：n=100求：距离求：距离 DD=nv/f/2=1000 米米脉冲测距举例脉冲测距举例

14、数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用三三.1.2、脉冲式测距仪特点、脉冲式测距仪特点脉冲式测距脉冲式测距 D=nl (n：脉冲个数，：脉冲个数，l：单脉冲时间光运行的距离）单脉冲时间光运行的距离）脉冲式测距要求测时精度非常高，要实脉冲式测距要求测时精度非常高，要实现高精度测距较难，一般用于测距精度现高精度测距较难，一般用于测距精度较低仪器上（较低仪器上（1m5m)。脉冲式测距仪一般采用固体激光器（如脉冲式测距仪一般采用固体激光器（如红宝石激光器）作为光源，能发出高功红宝石激光器）作为光源，能发出高功率的单脉冲激光。因此这类一仪器一般率的单脉冲激光。因此这类一仪器一般可以不用合作目标。可以不

15、用合作目标。数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用三三.2.1、相位式测距原理结构、相位式测距原理结构 调制器高频信号发生显示器相位计光强接收器时间光强时间光源光强反射镜数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用三三.2.2、相位式测距原理、相位式测距原理DD返程往程=N*2+N*22 N*D=12（N*+）=2（N+）数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用电磁波测距原理n按电磁波理论：光是电磁横波，其数学表达式为它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状态。其中：波动过程就是振动的相位沿波动方向移动的过程。)sin(0tAEE的大小为电矢量fCCTfCTTffftA；播的距离称为波长；波

16、在一个振动周期内传变化一次的时间；是周期，即正弦波循环是频率，；以弧度为单位；的值，是单位时间内相位变化是初始相位；是相位；是振幅；1200数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用S)2(2)(2121NNCtSTfCfCCT2TNTt数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用相位测量要测量测距信号（要测量测距信号（U1）与参考信号（）与参考信号（U2）之间的相位差）之间的相位差。1）滤波：去除频率不符的信号）滤波：去除频率不符的信号2）混频：把调制波信号与）混频：把调制波信号与“本振本振”信号混合，经处理后信号混合，经处理后可以得到频率更低（以便于更精确测量相位差），但相可以得到频率更低（以便于更精确测量相位差），但相位依旧的差分信号位依旧的差分信号数字化测图原理及应用数字化测图原理及应用相位测量3）把正弦波处理成方）把正弦波处理成方波波4）把）把U1和和U2分别接分别接在在门电路门电路的两个触的两个触发器上，发器上，U2负跳变负跳变时把与门打开，时把与门打开，U1负跳变时把与门关负跳变时把与门关闭。在门开启的这闭。在门开启的这段时间内让段时间内让计数脉计数脉冲冲通过，从而可以通过，从