第4章-精密距离测量(ppt课件).ppt

第四章 精密距离测量,1 长度基准和因瓦基线尺 2 电磁波测距的基本原理和方法 3 相位式测距仪 4 电磁波测距误差及仪器的检验 5 仪器的简单操作与成果整理,1 长度基准和因瓦基线尺,一、长度基准 所有长度，都必须用一种统一的、固定的长度单位来表示。这种统一的、固定的长度单位就是长度基准。1.国际长度基准 米的最初定义 具有国际统一性的长度单位是1800年着手准备的。1875年国际米制公约建立，规定：“通过巴黎的地球子午线的四千万分之一的长度为一米”（米的最初定义）。并用白金制成标尺，称一米“白金原器”。1886年复制了三十一支铂铱合金杆尺，称“法尺”（参见武测、同济合编控制测量学 P172图4-1）。,米定义的第一次变更实物基准 法尺中，第六号法尺长度恰好与白金原器长度相同。1889年米制公约国际计量大会上通过决定，以第六号法尺两条刻线间的距离作为一米的定义值（米定义的第一次变更）。其精度为0.210-7。这根法尺定为“国际法尺”，又称“国际米原器”，安放在巴黎国际计量局的地下室内。各国分得的三十根法尺依国际法尺来检定，这样全世界的长度都统一起来了。这一长度基准称“实物基准”。实物基准有许多缺点：1）精度不适应现代科技发展的要求；2）若意外损毁，难于复制；3）由于物质内部结构随时间变化引起两条刻线间距离变化，从而无法保证国际米原器所规定的精度。,米定义的第二次变更自然基准 为了把最高长度基准长期保存下来，1907年国际计量大会决议，暂定镉红谱线在15，760mmHg时的波长的1553164.13倍为一米。这是第一代的“自然基准”。也称“光原尺”。1960 年国际计量大会正式决定废除以实物基准来定义“米”的规定，而采用性能更为优越的氪86的橙黄谱线，将米定义为：“米的长度等于氪86（Kr86）原子在2P10到5D5能级间跃迁，真空辐射波长的1650763.73倍”（米定义的第二次变更）。其精度为110-8，经过改进可达410-9。,米定义的第三次变更 随着科学的进步，1967年秒的定义由地球自转一周所用时间的1/86400改为“秒是铯133原子基态的两个超精密能级间跃迁辐射的9192631770个周期的持续时间”。实现这个定义的装置为原子钟，其精度为百万亿分之一，即五百万年不差一秒。同时，激光诞生。通过特殊方法对激光输出频率进行稳频，使其稳定性和复现性优于百亿分之一，1969年成功测量了甲烷稳频3.39mm氦氖激光器输出频率及波长的绝对值，得到真空光速值为299792458m/s。又经过10年的研究与验证，终于在1983年10月20 日法国巴黎举行的第17届国际计量大会上，再次通过了米的新定义：“米是光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内所经过的距离”(米定义的第三次变更)。米的新定义的特点：把真空中光速作为一个固定不变的基本物理常数，长度可以通过时间或频率测量间接导出，从而使长度单位和时间单位结合了起来。总的说，国际米原器，氪86谱线波长，根据稳频激光器建立的新长度，都是最高长度基准。凡是按它们复制，逐级传递得到的长度，都属于国际长度统一系统。,2.我国的长度基准 参见武测、同济合编控制测量学P173倒数第四段P174第一段。1960年和1961年，我国曾分别用中、苏检定的基线尺，对西安600m长度的标准基线进行了测量和计算，结果是：使用前苏联检尺测量600065.86mm 使用中国检尺测量600065.84mm 600m基线上的差值20m，反推两国3M工作基准尺的差异为20m/2000.1m。相当于1/30000000。可见中国与前苏联的长度基准一致。从1953年起，由这些基准传递到我国24m基线尺的长度和我国大地网中的起始边长，也都属于统一的国际长度基准系统。二、因瓦基线尺及其量距与计算（阅读）,练习及作业：1.阅读武测、同济合编控制测量学 4-1、4-2,2 电磁波测距的基本原理和方法,一、电磁波测距的基本原理,发射波,反射波,A,B,D,电磁波测距，是通过测定电磁波在所测距离上往返传播时间t2D，按下式计算待测距离的,式中 c光在空气中的传播速度,二、测距的基本方法 电磁波测距仪，按测定电磁波往返时间t2D的方式不同，分为脉冲式和相位式两种。,1.脉冲式测距仪 原理如图：,优点：可发出高功率光脉冲（一般采用固体激光器）。可不用反光镜，作业效率高，测程远。缺点：受脉冲宽度及电子时钟分辨率影响，精度不高（15m）。,主波：计时起点（打开电子门）回波：计时终点（关闭电子门）,式中 T时标脉冲的时间间隔 单位距离，仪器设计时已确定，如1m，5m等。,2.相位式测距仪,调制波,相位式测距仪的优点是精度高，对其精度，可概略讨论如下：已知：,式中 w调制讯号的角频率 f调制波的频率 c光速（3108m/s）,练习及作业：阅读4.3.2；4.4.1思考1.电磁波测距的基本原理2.电磁波测距的基本方法3.脉冲式、相位式测距的原理4.脉冲式、相位式测距的优缺点,若调制频率f15MHz15106Hz，要求测距精度dD1cm 则 dj2D(2151060.01)/(3108)3600.36 欲使测相精度达到0.36是不困难的，故高精度测距仪多采用相位法测距。,3 相位式测距仪,一、相位式测距的基本公式将调制波往、返路程摊平如下：,N2p,j,j N2p+j,发射的调制波信号：UUmsinw t 接收的反射波信号：UUmsin(w tw t2D),发射波和反射波之间的相位差：j w t2D,由上图知 j N2pj 2p(NN),将j 代入D式，得相位测距的基本公式 Du(N+N)式中 u/2电子尺（波长尺），也称测尺长度 调制波的波长 N调制波往返的整周期数 N调制波往返不足整周期数的尾数,相位测距的基本公式 Du(N+N)根据上式可知，欲测定D，需测定N 及N，而相位计只能测定j（即只能测定N），无法测定N。此即N 的多值性。N 的多值性使上式产生多值解。,分散的直接测尺频率方式 集中的间接测尺频率方式,N值的确定：,但仪器的测相（测j）误差一般可达10-3，由测相误差引起的测距误差很大（例：u=1km 测距误差1.0m）。,二、测尺频率的选择,例：选用两把测尺 量测结果 精测尺 u110m u1 3.6 8 粗测尺 u21000m u2 5 7 4,为解决长测尺与高精度这一矛盾，定频式测距仪通常选用一组测尺：短（精）测尺保证精度，长（粗）测尺保证测程。,若使uD，则N0，DuNu(j/2p)，从而解决了N的多值性（D的多值解）。,5 7 3.6 8,1.分散的直接测尺频率方式 即测尺频率fi直接和测尺长度ui对应，如：f1c/115MHz u11/210m f2c/2150KHz u22/21000m,由上可知，直接测尺频率方式，频率f1和f2分散程度很大，而且测程越长，分散越悬殊（如测程若由10m100km时，高低频相差达104倍）。这样放大器、调制器都难以做到对高低如此悬殊的频率，有相同的增益及相移稳定性。故，一般此种方式为短程测距仪所采用。,短程光电测距仪目前广泛采用砷化镓（GaAs）半导体发光管及GaAs半导体激光管做光源，这类光源能通过注入电流的大小直接调制且频带较宽；同时，数字测相有较高的测相精度，这些对于测程较短，高低频相差还不算悬殊的测尺来说，采用分散的直接测尺频率方式是很合适的。,2.集中的间接测尺频率方式 即利用一组相接近的频率间接地获得长度相差悬殊的一组测尺。,若有两把尺子量同一距离 f1u1 Du1(N1N1)有：D/u1N1N1(1)f2u2 Du2(N2N2)有：D/u2N2N2(2),由(1)-(2)可得式中 NN1N2 NN1N2 即 fSf1f2；f1，f2测尺频率；fS间接测尺频率,由上可知，f1，f2越接近，尺子uS越大。故可用此方式选用一组相近的频率(P142 表4-3)，最高最低频率仅相差1.5MHz，而获得10m到100km的5把尺子。因频率集中在一个较窄的频带内，可使放大器和调制器获得相近的增益和相移稳定性。这种通过量测f1、f2频率的相位尾数j1、j2，取其差值，来间接测定相应的差频频率fS的相位尾数j 的方式，称为集中的间接测尺频率方式。,三、差频测相 1.差频测相的必要性,为了保证测距精度，精测频率选的很高（一般10MHz数量级），对这样高的频率进行测相，技术上很困难。另，对几种测尺频率（如JCY-2的五把测尺）直接测相，必须设置几种测相电路，电路很复杂。故相位法测距仪都是采用差频测相以解决上述问题。,由物理学知，不同频率的两波合成，合成波的频率为原来的两波频率之差。差频测相，即把原测距频率fi与一对应频率（fifC）混频，得到合成频率为中频或低频fC(如fC1.545KHz)。由于频率降低了许多倍，周期即2p 时间扩大了许多倍，大大提高了相位测量的分辨率。同时各测尺混频后，得到的均是同一频率fC，使鉴相电路简化。因此，无论集中的间接测尺频率方式测相（远程），还是分散的直接测尺频率方式测相（中短程），都采用差频测相。,差频前后频率示意,2.差频测相的实现 在仪器内设置本机（地）振荡器，对应每一测尺频率fi，有一相应的本振频率fi-fC，混频后频率为fC，再送入测相电路。混频前：发射相位：wrt+jr 接收相位：wrt+jr-2wrtD（发射、接收相位差：2wrtD）混频后：参考信号：er(wr-wR)t+jr-jR 测距信号：em(wr-wR)t+jr-jR-2wrtD（发射、接收相位差：2wrtD）可知，混频后的相位差与主振信号，经过距离2D后产生的相位延迟相等。,D 参考信号er 测距信号em,主振wrt+jr,接收wrt+jr-2wrtD,本振wRt+jR,反光镜wrt+jr-wrtD,混频(wr-wR)t+jr-jR,混频(wr-wR)t+jr-jR-2wrtD,相位计：j 2wrtD,四、自动数字测相 自动数字测相的工作原理如下,若fcp15MHz；fc15KHz；对应j 2p 置位时间内脉冲个数：m(15106)/(15103)(2p/2p)1000（个脉冲）若测尺长度10m（即j 2p对应10m），则10m对应1000个脉冲；1个脉冲对应1cm。,置位时间tp内脉冲个数m 式中 fcp时标脉冲频率 tp置位时间 jer与em两个信号的相位差 wc测相信号的角频率（指差频后的低频）fc测相信号的频率（指差频后的低频）,er,em,j,cp：,er,em,tp,tg,闸门时间tg内总脉冲个数M,由上式可得,如HGC-1测距仪，精测尺长uS10m；fcp 40.96MHz；tg0.1s Mmax(4.096107)(1.0101)2p/2p4096000(个脉冲)将Mmax除4096（相当于n4096次检相取平均值），再令单位为cm，则1000个脉冲个数正好与1000cm（10m）对应。若j 2p/3，则得脉冲数750个，则距离为750cm（7.5m）。,式中 m 一个置位时间内脉冲个数 n闸门时间内检相次数 ntg/Tctgfc tg闸门时间 Tc测相信号变化一周期所用的时间,对一台仪器，fcp，tg是固定值。故，计数器中脉冲个数反映了j。如果将Mmax除以适当的数（通过对检相脉冲分频实现），使商与测尺长度对应，则可实现测距脉冲个数与被测距离值直接对应。,五、提高测相精度的措施,er,em,em,er,em,em,置位时间,由于电路噪声等非测距信号的影响，使信号失真，造成波形不对称。,1.波形不对称的影响及减弱措施,对于脉冲自动数字测相，电路噪声等非测距信号的影响，引起检相脉冲宽度发生变化，造成误差。减弱措施：提高整个系统性能，降低噪音；取闸门时间内多次检相平均值等。,触发器正常工作，检相时间tj；相位差小到使检相时间tj小于检相分辨时间。er使检相器置位，em与其同时动作，因而不能使检相器复位（触发器来不及动作）。解决措施（把大、小角度化成中等角度）：移p检相；分区控制检相；扩角检相。,2.大、小角度（接近360或0的角度）测量 产生大、小角度测量误差的原因：1）噪音影响使信号抖动，信号在大小角度之间跳动；2）检相电路时间分辨力有限（即它有一定的工作速度）。图示举例为小角度测量情况；,3.附加相移的影响（内光路的设置）由于电子线路元件的工作状态及周围环境变化（机内噪声），会使测距信号产生附加相移。为了消除附加相移的影响设置内光路。内光路设置如图：,外光路测量的相移：j 外 j D j 外,内光路测量的相移：j 内 j d j 内,内外光路工作环节一样，可以认为 j 内 j 外,故 j D j 外 j 外 j 外 j 内,j 外 j 内 j d,式中 j 内、j 外内、外光路测得之相移值 j 内、j 外内、外光路测量时的附加相移值,练习及作业：1.阅读4.1.4；4.2；4.4；2.思考相位式测距的基本公式测距仪为什么设置两个或多个频率？何为分散的直接测尺频率方式？何谓集中的间接测尺频率方式？各用在何类型测距仪上？差频测相的原理及目的？如何实现？自动数字测相的工作原理？为什么设置内光路？,4 电磁波测距误差及仪器的检验,一、测距误差的主要来源二、测距误差的种类三、测距仪的检验四、仪器质量的综合评定,相位式测距的一般公式为：式中 c0真空中光速值 n大气折射率 k仪器的加常数,对上式全微分 应用误差传播律,式中 mc。真空中光速值的测定误差,mn大气折射率误差,mf测距频率误差：m频频率安置误差 m漂频率漂移误差,mk仪器常数测定误差,mj测相误差：m测测相原理误差 m幅幅相误差 m匀相位不均匀误差,还有上式未包括的：m周周期误差 m中仪器及反光镜对中误差,一、测距误差的主要来源,1.真空中光速值测定误差mc0 目前采用的真空光速值为c02997924581.2m/s，其相对中误差为410-9，对目前光电测距仪的精度(一般为10-6)影响甚微，完全可以忽略不计。,2.大气折射率误差mn n是根据测距过程中测定的气象元素（大气压力P，温度T，湿度e）算得，由于P，T，e的测定误差及代表性误差，使n值有误差：1）对于激光测距：dt1时,dnt-0.9510-6 dP2.5mmHg时,dnP+0.9310-6 湿度误差影响很小。2）对微波测距：温度，气压测定误差的影响与激光测距不相上下,湿度误差的影响亦很大。,因此，作业中应注意（尤其是中远程测距）：气象仪器必须经过检验，仪表反映的与实地的气象状态必须充分一致；气象代表性误差，受测线周围地形，地物，地表情况以及气象条件诸因素的影响，选点时应注意避免两端高差过大，视线擦过水面等。观测时，应选择空气充分调和的有风天气，或温度比较均匀的阴天。气象代表性误差在不同时间段，不同天气，具有一定偶然性。因此，采取不同气象条件下多次观测，也能进一步削弱其影响。,若干湿球温差的测定误差为1，则水气压误差de0.50mmHg，引起大气折射系数误差dnl3.010-6。,3.调制频率的误差mf,调制频率f 的误差mf可以分为：1）m频频率校准误差（反映了频率的准确度）。当用高精度（10-710-8）数字频率计校准时，此项误差很小，可不考虑。2）m漂频率漂移误差（反映了仪器的稳定度）。这是频率误差的主要来源。,产生频率漂移的原因：1）振荡器石英晶体质量不佳，晶体老化，振荡线路元件性能变化；2）无恒温装置的仪器，遇温度变化（石英晶体不加恒温时，频率稳定度为110-5）；3）有恒温装置，预热时间不够,减弱其影响的措施：1）因温度引起变化，加恒温措施，充分预热；2）因晶体质量不佳，即老化引起的频偏，应定期对频率进行校正。调不到标准值的，则应对距离加频偏改正。,徕卡全站仪测距频率使用了一种专用的技术，即动态频率（全站仪开机后，显示的频率不断地向一个方向变化）。动态频率是指不使用温补系统的一种精测发射频率，随温度变化而变化。全站仪在发射该频率信号的同时，通过温度传感器和晶振温度曲线适时求得精测计算频率，进行距离解算。仪器上显示的为该技术中的计算频率，它也是动态的。下图为动态测距频率校准技术示意：,4.测相误差mj测相误差mj 可分为：1）m测测相原理误差2）m幅幅相误差3）m匀相位不均匀误差4）m周周期误差（另做讨论）测相原理误差m测影响因素 检相电路时间分辨率 时标脉冲频率减弱影响措施 提高检相触发器、门电路、开关的灵敏度 采用高频率时标脉冲 闸门时间内几百次至上万次检相，减弱大气抖动、噪音影响,幅相误差m幅 由于放大电路有畸变或检相电路本身缺陷，当信号强弱不同时，使相移量发生变化而影响测距成果。减弱其影响的措施：1）在测距仪的中低放单元加自动增益电路（AGC）；2）在仪器内部设置手动或自动减光板或孔径光栅，将接受信号控制在同一强度上。,照准误差m匀（测距误差的主要来源）,减弱这种误差影响的措施：1）提高调制器或发光管的制造工艺（提高空间相位均匀性）；2）采用“电照准”、“光照准”的办法提高照准精度。,发射光束的空间相位不均匀性，使同一横截面上各部分相位不同。而反射器每次只截获光束横截面上一部分，也即每次照准，反射器位于光斑的不同位置，测得相位差不同。另，内外光路观测时，二者不能截取光束的相同部位，使得内外光路测量产生新的误差影响。,5.仪器加常数的测定误差mk,6.仪器对中误差mg与棱镜对中误差mR,DLa aer,厂家精确测定a，并（对一般中短程仪器而言）保证a0。但仪器使用中振动，修理，换件以及使用不匹配的反光镜，使a值可能发生变化。故应对测距仪进行检验，测定剩余加常数k，以便对观测成果进行改正。测定k值之测定误差为mk。一般要求：mkm/2，m为仪器设计的偶然误差。,光学对中器或垂球对中，一般可保证对中的线量偏差不超过3mm。对短距离，高精度测量，可进行强制对中。,7.周期误差mZ,由上式及图知：1）j 随距离不同按正弦规律变化，周期为2p（一个测尺长度）；2）j 与Ke2/e1有关。e2、e1，则K、j；e2、e1，则K、j。故增大e1，有利于减小周期误差。,1什么是周期误差 所谓周期误差是指按一定的距离为周期重复出现的误差。主要来源于仪器内部固定的串扰信号。,设测距信号强度为e1，串扰信号为e2（相位固定不变），两者相位差为j（随距离变化），两者之比为Ke2/e1，两者的合成信号为eK。影响最严重的同频率串扰时,由串扰信号引起的附加相移为,由上式可给出右图：,测距误差可以分为两类 1.比例误差（与距离成比例变化）2.固定误差（与距离大小无关）,mc0真空中光速值的测定误差 mn大气折射率误差 mf调制频率f 的误差,mj测相误差 mk仪器加常数测定误差 m中仪器及反光镜对中误差,对于这两类误差，就其性质，有系统性的如mc0，mf，mk及mn中的一部分，可以通过精确测定，缩小误差的数值，控制其影响。有偶然误差性质的，如m，m中及mn中的一部分，可以通过不同条件下多次观测，削弱其影响。,二、测距误差的种类,1.周期误差的测定平台法,测定的方法 设置一平台，其长度稍大于仪器的精测尺长度，台上放置带有毫米刻划、经过检定之钢尺，尺端加上检定时的拉力；测距仪严格安置于钢尺延长线上，高度等于平台上反射镜之高度。测距仪与第一位置处反射镜之间的距离，等于精测尺长度的整倍数（1030m）。沿钢尺由近及远移动反射器，每次移动 d米（d可以是0.25m或0.5m）。测距仪视准线不动，依次观测测距仪到反射器的各个距离，观测应尽可能迅速。,三、测距仪的检验,周期误差的计算 根据测定方法可以写出关系式 D01s(i1)dDiviKDj i(i1，2，3n)式中 D0101点的近似距离 s D01的改正数 d 反光镜每次移动量 Di观测值，i1，2，3，40 viDi的改正数（反映出偶然误差）K仪器的剩余加常数 Dj i周期误差改正,将误差方程式线性化，令：xAcos q；yAsin q 则,D01s(i1)dDiviKDj i(i1，2，3n),因为 Dj i Asin(q j i),式中 A周期误差的振幅 q 周期误差的初相角 j i对应测站至反光镜距离的相位值：,又令：c s K；liD01(i1)dDi,将x，y代入误差方程得误差方程式最后形式 vicsin j i xcos j i yli(i1，2，3 40)即 v1csin j 1 xcos j 1 yl1 l1D01D1 v2csin j 2 xcos j 2 yl2 l2D01dD2 v40csin j 40 xcos j 40 yl40 l40D0139dD40,将以上代入关系式式，可得误差方程式 vicAsin(q j i)li(i1，2，3n),组成法方程（观测结果认为是等权的）nc-sinj x-cosj y l0-sinj c(-sinj)2x(-sinj)(-cosj)y(-sinj)l0-cosj c(-sinj)(-cosj)x(-cosj)2y(-cosj)l0,因,又,故,故法方程为 nc l0(n/2)x-lsinj 0(n/2)y-lcosj 0,解法方程得,由x，y解算A，q,周期误差的检测精度：1）单位权（一次测距）中误差（注：vv之检测：vvllalcblxcly）2）振幅A的中误差,2.加乘常数的测定,目前国内外常采用“六段解析法”测定加常数，或“六段比较法”同时测定加常数和乘常数。这里介绍“六段解析法”测定加常数。,六段解析法是一种不需要预先知道测线精确长度，而是利用测距仪本身进行全组合观测所得到的一组观测成果，通过计算，解算出仪器加常数的方法。其作法是：,设置一条直线D，将其分为d1，d2，dn等n个分段。如图：,野外基线测定测距加乘常数和测距标准偏差 C+RD a+bD,用测距仪分别观测直线全长D及各分段之长度d1，d2，dn，设仪器剩余加常数为K，则,DK(d1K)(d2K)(dnK),将上式微分，假定测距中误差为md，可得加常数测定误差mK与md的关系,分段的多少，取决于测定K的精度要求，一般要求mK不大于md的50%。按mK=0.5md代入上式，可得n6.5。即，可将D分成六七个分段。若按上图将D分成六个分段，mK/md略大于50%。但按下述全组合法测定时，mK/md0.44750%，满足测定K的精度要求。此即六段法的来历。,采用全组合法测量下述距离。需测定：,共计21个观测值，7个未知量（六段距离和一个加常数），14个多余观测。,确定分段长度时，应注意测线不宜过长而影响测定精度。21段组合距离的长度，应均匀分布在一定测程之内；21段组合距离的尾数(米，分米)，应均匀分布在精测尺长度内，以便通过改正数，粗略判断仪器周期误差的情况。,平差计算如下：,列误差方程 对任一观测值，可建立如下一个观测方程 DijvijK(D0j00j)(D0i00i),可转换成误差方程 vij K0i0jlij lij(D0j0D0i0)Dij式中 Dij距离观测值，(i0，1，5；j1，2，6)vij观测值的改正数 D0j距离近似值，钢尺量得 0j近似值的改正数,组成法方程,求平差值,由 或（武测新教材）,若距离取的较短，红外测距仪比例误差亦不大，忽略不计，则观测值可视为等权。则法方程为：aaKab01ac02ad03ae04af05ag06al0 bb01bc02bd03be04bf05bg06bl0 ff05fg06fl0 gg06gl0,即,式中,得,（对于这种固定的检测方法，无论观测值如何，B阵是固定的。也即N阵、Q阵都是固定的。因此以往手算均是根据现成的Q阵（权系数表），与观测后组成的BTPl相乘，得到平差值。参见教材P169表4-11）,精度评定,3）加常数K的测定误差（QKK0.200000）,1）vv之计算,在等权的情况下为（手算时，可代入下表，求改正数vij，vvvij2。上式则作为计算检核）,2）一次测距之中误差,简便仪器加常数（K）检验法：此项检验每年进行一至二次。此项检验适合在标准基线上进行，也可以按下述简便的方法进行检验 K()K应接近等于，若K5应送标准基线场进行严格的检验，然后依据检验值进行校正。互换时，三脚架和基座保持固定不动，仅换棱镜和仪器的基座以上部分，可减少对中误差。,3.望远镜分划板,4 测距轴与视准轴同轴的检查,整平仪器：将光学对点器十字丝中心精确地对准测点（地面标志），转动照准部180，若测点仍位于十字丝中心，则无需校正。若偏离中心，则进行校正。,5 光学对点器的检校,与普通经纬仪照准部水准器检校相同，即水准轴垂直于垂直轴的检校。,6.照准部水准器的检验与校正,(2)圆水准器的检验与校正,照准部水准器校正后，使用照准部水准器仔细地整平仪器，检查圆水准气泡的位置，若气泡偏离中心，则转动其校正螺旋，使其气泡居中。注意应使三个校正螺旋的旋松紧程度相同。,测距仪的优劣指标有：轻便、结构牢固，自动化程度高等等，但最主要的是精度和测程。,四、仪器质量的综合评定,1.精度,内部符合精度 指对一段距离进行多次测定，各测回观测值之间的自我符合程度。,它主要反映：测相误差，气象条件变化影响；不能反映：加乘常数、周期、对中等误差影响。算出的精度偏高。,计算方法：,1）一次测定中误差,式中 viD平均Di Di加入各项改正后的平距 D平均Di之平均值 n测定次数,2）平均值中误差,3）相对中误差,外部符合精度,指在基线上比测，量测值与已知长度相比的符合程度。它反映了各项误差的综合影响，也即是通常所说的测距中误差。,通常仪器出厂时通过各项检验给出这项精度指标。形式如下：MD（AB D）式中 A固定误差，A2m测2m幅2m匀2mK2m中2m周2 B比例误差系数。比例误差包括m气，m频，m漂。,例：JCY-2：（10mm10-6D）即（1010-6Dkm）mm DI3S：（5mm5ppm）即（5 5ppm Dkm）mm AGA-116：（5mm5ppm）自动测量档（1020mm5ppm）跟踪测量档,注：1）对短程测距仪，与距离无关的固定误差起主导作用。2）测距中误差可以在测定加常数时求得：,2.测程,指在一般良好大气条件下，仪器所能量测且符合精度要求的最大距离。关于测距仪的测程，说明书中均有说明，但使用者还应通过实验验证：,该仪器的最大测程；一般条件下，不同测程的反光镜必要数目；必要精度条件下的最佳测程。,对一台测距仪，应根据精度与测程的综合分析，判断是否符合仪器规定的技术指标。,5 仪器的简单操作与成果整理,一、仪器的操作（实验现场讲）1.仪器的各部名称 2.仪器的安置 3.仪器的简单操作,二、测距成果的归算,原因：电磁波测距是在地球自然表面上进行的，建立控制网时应划算为标石间的水平距离。,改正项：仪器系统误差：加、乘常数；周期误差 大气折射率变化引起的改正；归算改正：倾斜改正、归算到椭球面上的改正、投影到高斯平面上的改正；如果有偏心观测，还要进行归心改正。,2.周期误差改正,式中 A周期误差的振幅（鉴定时给出）q 仪器的初相角。尾数为0时，即整尺时的相位。（鉴定时给出）li距离尾数不足一整尺（精测尺）的米数 l/2精测尺长,注：1）周期误差的A值超过仪器固定误差的50%时，要加周期误差改正；2）只对不足一整尺长的尾数进行此项改正。,改正数 viAsin(j iq),改正数 viDiRK 改正后距离 DiDivi 式中 Di直接测得之距离 R乘常数（检验时给出）K加常数（检验时给出）,1.加乘常数改正,3.气象改正,测距基本公式,式中 c光在大气中的传播速度 c0光在真空中的传播速度 n大气折射率,仪器设计时假定大气状态下的大气折射率为n0，测距时的大气折射率为n，因nn0，故测距成果须加气象改正。,由“测距误差的主要来源”知,其中，由n引起的距离改正数，即气象改正为,(n1),式中n及n0的计算式推导如下：,调制波在标准大气状态下（t0，p760mmHg，e0%，含有0.03%二氧化碳）大气折射系数为：ng1(2876.0448.864/20.680/4)10-7式中 仪器光源的载波波长（勿与调制波波长混淆）,一般大气状态下的大气折射系数为,式中 a1/273.2空气膨胀系数,对短程光波测距仪，湿度e的影响可略去，故,式中 t温度（摄氏度）p大气压力（mmHg）,若将仪器的气象参考值（设计时采用的假定大气状态的气象值）代入上式，即可得n0；将测距时的气象值代入上式即可得n。一般为了方便，将某仪器的n0及上式一并代入改正数公式（式），即可得该仪器的气象改正实用公式。例：,例：DI3S 测距仪 0.885m ng1.00029395 n01.000282(气象参考点t0+12，p0760 mmHg)则：,AGA112测距仪 0.910m ng1.0002936 n01.000273576(气象参考点t0+20，p0760 mmHg)则：,4.倾斜改正,测线两端高差已知时，平距 式中 h 仪器与反射镜之间的高差 D 经过常数、周期、气象误差改正后的斜距,当测线两端高差未知时，平距 DHDcosa 式中 a 用经纬仪测定的竖直角（观测方法、仪器、测回数见规范）,5.归算改正（将距离归算到参考椭球面上）参见“地球椭球与高斯平面直角坐标”6.投影改正（投影到高斯平面上）参见“地球椭球与高斯平面直角坐标”,7.归心改正，见第三章,课间休息,