GPS测距仪

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常见的测距仪从量程上可以分为短程 、中程和高程测距仪;

从测距仪采用的调制对象上可以分为:光电测距仪、声波测距仪。

光电 测距仪按照测距方法，又分为相位法测距仪和脉冲测距 仪两种。

脉冲测距仪是利用向目标物体发射一束光，测定目标物将光反射回来的时间，从而计算出仪器与目标物的距离，由于激光具有良好的方向性、单一的波长，所以是光电测距仪一般使用激光作为调制对象，所以脉冲式测距仪又被俗称为激光测距仪。

利用脉冲法测距的激光测距仪可以达到较宽的测距量程，可以用于室内和室外测量，其典型的测距范围为3.5米到2000米，高量程的激光测距仪可以达到5000米，军事用途的激光测距机可以到达更远的测程。由于具有了测量远距离测量目标的能力，为了将测距目标直观的被使用者观察到，所以激光测距仪一般具有望远系统，又被称之为激光测距仪望远镜，右图为三筒的激光测距望远镜的典型图。

激光测距仪的精度主要取决于仪器计算激光发出到接收之间时间的计算准确度，根据所采用的技术和应用场合激光测距仪可以分为精度是1米左右的常规激光测距仪(主要用于户外运动，狩猎等)和用于测绘、土地丈量、建筑、工程应用、军事等对精度要求较高场合的高精度型激光测距仪。

相位法测距仪是将激光的相位进行调制，通过测量反射回来的激光的相位差来获得距离的测距仪。由于需要对反射回来的激光相位进行检相，所以要求接收信号需要具有较强的强度，考虑到人眼的安全性，所以不能采用脉冲式激光测距仪一样的望远系统，且量程较小，测距的典型量程是0.5mm到150米，一般相位法激光测距仪采用635纳米的(视觉为红色)激光作为调试对象，又被俗称红外测距仪，但其实激光的定义并不是以颜色来定义，而采用635纳米的激光测距仪如果对人眼直接照射，会造成不可逆的伤害，请读者正确使用和防护。

声波测距是利用声波的反射特性而进行测量的一种仪器，一般采用超声波作为调制对象，即超声波测距仪。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。

由于超声波的在空气中传播的速度受到温度，湿度，气压等影响较大，所以测量误差较大，且由于超声波波长较长，导致传播距离较短，所以一般的超声波测距仪测量距离比较短，测量精度比较低。但利用超声波成扇面传播的特点，其探测范围较光电测距仪大，在实际工程中被广泛的应用于安全防护，线缆高度测量，障碍物检测等领域。

激光测距仪一般采用两种方式来测量距离:脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的:测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。

激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。

D=ct/2

式中:

D--测站点A、B两点间距离;

c--光在大气中传播的速度;

t--光往返A、B一次所需的时间。

由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。

相位式激光测距仪

相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，如图所示。

相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。

若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为:

t=φ/ω

将此关系代入(3-6)式距离D可表示为

D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)

=c/4f (N+ΔN)=U(N+)

式中:

φ--信号往返测线一次产生的总的相位延迟。

ω--调制信号的角频率，ω=2πf。

U--单位长度，数值等于1/4调制波长

N--测线所包含调制半波长个数。

Δφ--信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。

ΔN--测线所包含调制波不足半波长的小数部分。

ΔN=φ/ω

在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。

为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。

由上所述一般情况下相位式激光测距仪使用连续发射带调制信号的激光束，为了获得测距高精度还需配置合作目标，而目前推出的手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新型测距仪，它不仅体积小、重量轻，还采用数字测相脉冲展宽细分技术，无需合作目标即可达到毫米级精度，测程已经超过100m，且能快速准确地直接显示距离。是短程精度精密工程测量、房屋建筑面积测量中最新型的长度计量标准器具。现应用最多的是leica公司生产的DISTO系列手持式激光测距仪和图雅得Trueyard 激光测距望远镜等。

全球定位系统(GPS)测量规范 GB/T 18314-2001

Specifications for global positioning system (GPS) surveys