光电测距仪测距误差分析(2)

2020-06-17 11:29

的地形、地物和地表情况以及气象条件诸多因素的影响。为了削弱这方面的影响,选择测距地点时,应该注意地形条件,尽量避免测线两端高差过大的情况,避免视线擦过水域。观测时,应该选择在空气能充分调和的有微风的天气或温度比较稳定的阴天。必要时,可以增加测量测线中间的温度。气象代表性误差的影响,在不同的时间、天气具有一定的偶然性,有互相抵消的作用。因此采取不同气象条件下的多次测量取平均值,能进一步削弱气象代表性的误差影响。

大气折射率计算公式本身的误差:据有关资料介绍,当计算公式的精度不低于 1?10-7时,此项误差影响可忽略不计。

一般在中、远程测距时都要进行气象改正,根据测得的气象数据,按气象改正图表查出距离改正值,对距离进行改正。在有些自动数字测距仪中,可以进行自动气象改正,它是根据实测气象条件拨动相应电路开关,对主控振荡器回路中的变容二极管加一定偏压,从而使光尺频率发生变化,所以仪器所测得的距离值就是经过气象改正后的距离值。

对于短程测距仪的气象改正,可近似认为温度每升高10℃,则一公里距

离加一厘米,如果气压每升高25Hg,则一公里距离减一厘米。

2.固定误差分析

测相误差m?、仪器加常数误差mk和对中误差ml都是固定误差。从误差性质上,这类误差属于偶然误差。它们都与距离的长短无关,在精密短程测距时,这类误差对测量精度的影响尤为突出。

(1)测相误差m?:

在测相原理中,相位差的测量过程是调节移相器使指零表指零,然后在与移

相器联动的计数器上读数。因此,测相误差包括移相器或数字相位计所引起的误差即测相系统误差、信噪比误差、幅相误差和照准误差。这些误差都与所测距离长度无关,并且一般都具有误差的偶然性。

测相系统误差与相位计灵敏度、检相电路的时间分辨率、噪声干扰、时标脉冲的频率及一次测相的平均次数等因素有关,提高仪器结构、元件的质量和电路的调整,以及采用多次测量求平均值的办法,可以减弱此项误差。

噪声误差是由于大气湍流和杂散光等的干扰使测距的回光信号附加随机相移而产生误差。噪声不能完全避免,但要求有较高的信噪比,因为信噪比越低,测距误差就越大。因此,在高温条件下测距时,需要注意通风散热并避免长时间的连续测距,高精度测距时,应该选择在阴天及大气清晰的气象条件操作。

幅相误差:由信号幅度变化而引起的测距误差。由于放大电路有畸变或检相电路有缺陷,当信号强弱不同时,使移相量发生变化而影响测距结果。要达到减小幅相误差的目的,有些测距仪电路中增加了自动增益控制电路,以控制电路的输出幅度保持在一定的范围内。此外,可以控制孔径光栏或减光板的大小将接收信号强度控制在固定的幅值。在进行精密测量时,应保证每次测量都在控制在同一信号强度上。

照准误差:当发射光束的不同部位照射反射镜时,测量结果将有所不同,这种测量结果的不一致而存在的偏差称为照准误差。由于发射光束的空间不均匀性,相位漂移以及大气的光束漂移而产生了此项误差。照准误差是影响测相精度

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的主要来源,为减弱其影响,观测前,需要进行光电瞄准,使反射器处于光斑中央,同时采用多次测量取平均值的方法对数据进行进行处理。

(2)周期误差mA:

此误差主要来源于仪器内部固定信号(电信号和光信号)的串扰。它随所测距离的不同而做周期性变化,并以精测尺的尺长为周期,变化周期为半个波长,误差曲线为正弦曲线。因而,只有在通过对仪器进行检测后,才能发现它们。对此误差所采取相应措施有:加强屏蔽、合理隔离、减小发射和接收通道的耦合、加强电源滤波退偶,以减小仪器内部的点窜扰。此外,移相网络如果保证?RC=1并使信号频率稳定等,就可消除由此而引起的周期误差。

(3)仪器加常数误差mk:

由于测距仪电路延滞、光波的几何回路所引起的光程和实际距离有差别,以及测距仪和反射棱镜的偏心等形成了仪器常数。一般在每台一起制成后和测量前都需要测定出仪器常数,使得仪器常数在测距结果中表现为零,但是由于在测定仪器常数时存在误差,即为仪器加常数误差。此项误差会对测量结果产生影响,这就要求我们对施测前仪器的加常数必须进行严格检测,求出其常数的精确值。在测量中,将其常数值参加计算,以对所测中、长距离的边长进行修正;在短、中程测距时,则在仪器上用预置仪器加常数的办法予以消除。

(4)仪器和反射镜的对中误差mg和mR:

在测站安置测距仪和镜站安置反射镜时,由于测距仪和反射镜的中心不可

能与地面的标志对准,这就产生了仪器的对中误差。对中误差主要取决于仪器和反射镜在安置时的细心操作,严格的平整、对准,为了削弱对中误差,测量人员必须精心整平、对中,并要注意由于松软的地面使一起下沉而造成的仪器倾斜。

五、光电测距仪的检验

近年来,光电测距仪大多具有自动化程度高,操作简易,精度高等优点,但是由于使用不当或者缺乏定期维修保护等措施,再加上电子元器件性能的老化,都有可能造成仪器性能的变化,技术指标下降,测距精度下降,甚至不能正常工作。为了更充分地掌握仪器性能,更合理的利用仪器,测量出更高质量的结果,必须对一起进行定期检验。检验项目有:

(1) 功能检视:查看仪器各组成部分的功能是否正常;

(2) 三轴关系校验:对于同轴系统,则检验其一致性;对于异轴系统,则

检验其平行性;

(3) 发光管相应均匀性(照准误差)的测定; (4) 幅相误差的测定; (5) 周期误差的测定; (6) 加常数的测定;

(7) 乘常数和晶体振荡频率的测定; (8) 内、外部符合精度的检验;

(9) 适合性能的检测;主要检定温度变化、工作电压变化对测距结果的影

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响;

(10)测程的检定。

六、仪器精度的评定

对一台测距仪器要衡量其测距精度,就要考虑其内部符合精度和外部符合精度。

内部符合精度是表明一起在测距时各测回之间自我符合的程度,它主要是反映了仪器的测相精度和外界气象条件的影响。内部符合精度使用每一次测距中误差m、平均值中误差M和相对中误差MD来表示,即 一次测距中误差 m???VV? (6)

n?1M??平均值中误差 相对中误差 MD=

?VV?m??nn(n?1) (7)

M (8) Di式中 Vi?Di?Di(i?1,2,???,n); Di———距离观测值的平均值; Di———每一次距离观测值;

n———观测次数。 外部符合精度,是指测距仪在基线上比测,所得的距离观测值与基线长度相比的符合程度,它是测距中各项测距误差的综合影响。外部符合精度用相对中误差md来表示,即

md?

式中 Di———测距仪的距离观测值; D0———基线长度。

光电测距仪的测距误差,一部分由仪器本身产生,一部分由使用者的操作技术和测距的环境引起,而光电测距仪的测距精度取决于这些误差,在正规操作和正常环境下进行光电测距时,光电测距仪本身的误差是占主导地位的。

光电测距仪的标称精度是指仪器本身引起的测距误差(用于厂商标明仪器本

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Di?D0 (9) D0

身的精度)。将测距长度D无关的误差称为固定误差,用“a”表示;将与测距长度成正比的误差称为比例误差,其比例系数用“b”表示。因此测距仪的标称精度如下式所示:

mD??a2?(D?b)2

在仪器说明书中,比例系数b一般用百万分率(ppm)表示。如a=5 mm,b=5 mm/km/,距离D的单位为千米(km)。例如各种测距仪的测距标称精度有:

?(5?5?10-6?D)mm,?(3?2?10-6?D)mm,?(2?2?10-6?D)mm和?(1?1?10-6?D)mm等。a、b的数值越小,则测距仪的精度级别越高。

六、参考文献

【1】顾孝烈 鲍峰 程效军 测量学 2011年 同济大学出版社

【2】周泽远 薛令瑜 电磁波测距 1991年 测绘出版社

【3】袁宇正 电磁波测距技术基础 1980年 国防工业出版社

【4】赵吉先 邹自力 臧德彦 电子测绘仪器原理与应用 2008年 科学出版社

【5】张苏芬 光电测距仪检定规范 1991年 测绘出版社 【6】方爱平 光电测距仪 2009年 中国标准出版社 【7】江月松 尤红建 李姝楷 机载激光扫描测距仪的误差分析 1998年 遥感技术与应用期刊

【8】陈海林 郭毅力 几种全站仪、测距仪测距误差分布分析 2003年 全国测绘仪器综合学术年会论文集

【9】杨维芳 傅辉清 光电测距仪检定方法研究进展 2008年 光学仪器期刊

【10】马兴安 光电测距仪测距误差分析及精度评定 2004年 湖南水利水电期刊

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