(1)显示模板（Display Mask），即如何安排屏幕上实时显示的项目内容； (2)记录模板（Record Mask），即如何安排记录卡上数据记录的顺序和内容。 3.单位设置

为了面向不同用户，适应不同用途的要求，全站仪提供了多种计量单位供选择。一般常用的单位设置如下：

(1)长度单位及小数位置； (2)角度单位及小数位置； (3)温度单位； (4)气压单位。 4.参数设置

参数设置是全站仪与计算机通信中的一个重要内容。在联机状态下，全站仪的通信参数与计算机的通信参数应该一致。一般常用的参数设置项如下： (1)波特率； (2)数据位； (3)停止位； (4)校验方式； (5)接口协议。

第四节 电磁波测距仪

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一、电磁波测距仪概述

1.电磁波测距仪的概念

电磁波测距仪，也称为电子测距仪，是利用电磁波（微波、激光或红外光等）运载测距信号，通过直接或间接测定电磁波在两点间往返一次的传播时间，从而根据已知的电磁波传播速度求得两点间的距离的一类仪器的统称。它既可以设计成一台完整的仪器，也可以设计成一个独立的单元附加到经纬仪上，形成半站仪或全站仪，还可以设计成与电子经纬仪有机结合在一起，构成不可分割的整体式全站仪。 2.电磁波测距仪的分类

电磁波测距仪按所用测距方式的不同分为脉冲式测距仪、相位式测距仪等；按所采用载波的不同分为微波测距仪和光电测距仪，光电测距仪又因光源和电子部件的改进发展成为激光测距仪和红外测距仪。

所谓微波测距仪，是指利用微波作为载波的光电测距仪。

所谓红外测距仪，是指采用红外光作为光源的光电测距仪。通常利用砷化镓发光二极管发射中心波长为0.72～0.94μm的近红外光作为光源。具有功耗低、体积小、质量轻等优点。测程一般在1～10km，测距精度一般在5～20mm。

所谓激光测距仪，是以激光为光源的测距仪器的统称。其分为脉冲式激光测距仪（激光工作于脉冲状态）、相位式激光测距仪（以连续波激光为载波）。广义上，还包括以砷化镓发光二极管（属于非相干态激光光源）作为光源的红外测距仪。但一般理解，激光测距仪特指相位式激光测距仪，通常采用氦氖激光器，测程可达4Okm，测距精度可达±(5mm+10ppm)。 3.电磁波测距仪的测程

电磁波测距仪的测程，即电磁波测距仪所能测得的最远距离。一般称小于3km为短程，3～15km为中程，大于15km为远程。

仪器制造厂家所标称的最大测程的确认，一般首先要经过严格试验，得出仪器达到某一测程所需要的发射功率，然后通过专用的功率计检测发射光的功率，确认相应的最大测程。

国家法定计量检定单位对全站仪最大测程的确认，往往是在野外测量基线上进行的。在保证测距精度的前提下，充分考虑气象条件、实测最远距离和仪器显示信号的强度，从而估算出仪器标称的最大测程是否能够得到满足。

电磁波测距仪所标称的最大测程，在实际作业中一般是很难达到的。

二、电磁波测距原理

（一）电磁波的基本知识

根据电磁场的理论，电和磁是紧密联系着的两种运动形式，变化的电场能够在它的周围激起磁场的变化，同样，变化的磁场也能够在它的周围激起电场的变化。所谓电磁波，就是交互变化的电磁场在空间传播的过程，它本质上是一种客观存在的物质和能量传输形式。

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γ射线、X射线三紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波都是电磁波，它们的本质完全相 同，只是频率和波长不同而已。 1.正弦波

电磁波的振动方式是多种多样的，其中最简单、最基本的是正弦波。表达正弦波的要素主要有周期、频率、波长等。 ?

?逆时针方向旋转，若以横轴表示时以角速度可以这样来理解正弦波：设有一矢量OAt，将各个

时刻矢量OA间在纵轴方向的分量以连续曲线的形式表示出来，就形成一条正弦

??22(360o)(360o）旋转一周，即正弦波每经过重复曲线。显然，矢量OA的旋转每经过一次。

（1）周期、频率。

s)，用T表示；单位时间正弦波的波形重复出现一次所用的时间称为周期，单位为秒(sf表示。周期和频率互为倒数，即：，用 Hz)内旋转的周数称为频率，单位为赫兹（）(1f?1/TT?1/f

（8-3或） （2）波长。

电磁波在一个周期内（在真空中）所传播的距离称为波长，用λ表示；波长与频率、周期有以下关系： ?

???c/fT?c? 或（8-4）

（3）相位。

正弦波在某一时刻的状态（即矢量OA的瞬间位置），称为相位。一般用某一时刻矢量。?t表示

（称为相位角），单位为弧度（radA与时间轴）的夹角为。相位与角速度、频率有以下关系： ?

????t???f??2t （8-5） ?

?表示；则正弦波的数设以某一时刻为初始时刻，则该时刻的相位角称为初相角，用0学表达式为： ?

??)t?Y?A?sin( （8-6） 02.载波与调制波

所谓调制，就是使某一电磁波信号的某种参数（如振幅、频率、相位等）随着另一电磁波信号的变化规律而变化的过程。前者称为载波，它就像运载工具；后者称为调制信号，是需要传送“货物”。

在电磁波测距中，作为光源的光波是波长很短、频率非常高的电磁波，直接用来测距非常困难，所以需要采用一个具有较低频率的测距信号，但较低频率的信号又不便于定向传送。为了传送测距信号，通常用其作为调制信号，对等幅高频振荡的载波（如微波、激光、红外线等）进行调制（即改变其振幅、频率或相位），经过调制后的信号就载有需要传送的测距 专业文档供参考，如有

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信号。

调制的方式有两种：一种是调幅，即调制对象是振幅，另一种是调频，即调制的对象是频率。在电磁波测距中常用调幅或调频两种方式，当载波为光波时，这一调制过程称为“光调制”，如激光测距仪中对激光的调幅，就是对激光的亮度进行调制；当载波为高频电振荡时，这一调制过程称为“电调制”，如微波测距仪中对微波的调制。 （二）电磁波测距基本原理

电磁波测距的基本原理，是利用电磁波在空气中传播的速度为已知这一特性，通过测定电磁波在待测距离上往返传播的时间，来间接求得待测距离。

只要测出电磁波在待测距离上往返传播的时间，即可计算出待测距离。电磁波在待测距离上传播所经历的时间既可以直接测定，也可以间接测定。但是，通过直接测定时间来求s×l0要想获

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得±3mm例如，的测距精度，就需要达到±2取距离的方法实现起来非常困难。 的测时精度，这样高的测时精度在实践上往往是达不到的。因而，人们又根据上述测距原理提出了许多改进的测距方法。在实际的电磁波测距仪 中，主要利用脉冲法测距和相位法测距，其中最常用的为相位法测距。

三、测距的标称精度

测距仪或全站仪的测距部分的标称精度指标，一般均表达为±（A+B·D）的形式，显然，该精度表达形式由以下两部分组成：

A代表固定误差，单位符号为mm，一般在1～5mm之间。它主要由仪器加常数的测定误差、对中误差、测相误差等引起。固定误差与所测距离的长短无关，即无论所测距离的长短，仪器总是存在着一个不大于该值的固定误差。

B、D，代表比例误差（B为比例误差系数，D为所测距离）。它主要由仪器乘常数的测定误差、仪器频率误差、大气折射率误差引起。其中B的单位符号为ppm（Part Per Million），）的意思，

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它不是我国法定计量单位，而是人们对这一数学现象的习是百万分之一（即10的数值由生产厂家在用户手册里给定，B惯叫法，它广泛地出现在国内外有关技术资料上。即用户实际10mm，

6

它的数值是一个变数，D5ppm之间。的单位符号为km，即1×1一般在～ ”。测量的距离；比例误差中真正体现精度指标的是比例误差系数“ppm，即构成全站仪测距部分的精度指标。固定误差与比例误差绝对值之和，再冠以“±”仪器测距标称精度为当被测距离为）。lkm时，×如某全站仪测距标称精度为±（2mm+2ppmD时，仪器测距精度则为；当被测距离为2km3mm±（2mm +2mm），

即最大测距误差不大于 4.5mm（2mm+4mm），即最大测距误差将不大于。全站仪的标称精度指特别需要指出的是，不能把仪器的标称精度当作仪器的实际精度。全站仪的实际测距误差不得超过生产厂家提供的标称也就是说，标是一种误差限差的概念， 精度指标。有的仪器实际误差接近于这个限差，有的仪器实际误差远小于这个限差。

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四、测距的气象改正

在电磁波测距原理中，我们将电磁波在空气中传播的速度当作常数，而实际上，电磁波在空气中传播的速度与电磁波频率和大气密度等密切相关，因此，在利用测距仪和全站仪进行测距时，必须进行气象改正，即通过测量作业现场的温度T（Temperature）、气压P（Pressure）以及湿度H（Humidity，该项仅在高精度测量中），按照一定的气象改正公式，?D。 求出气象改正比例系数（ppm）以及距离改正数气象改正一般是在标准气象条件的基础上进行的。为了便于用户的使用，生产厂家一般都是选定与仪器作业现场的气象条件比较接近的参数作为标准气象条件。在标准气象条件下，仪器的气象改正ppm值为零。如徕卡全站仪选定T=12℃，p=101.325MPa（700mmHg），H=60%作为标准气象条件，此时的气象改正值ppm=0。也有的厂家标准温度T选定为15℃（如托普康）或20℃（如捷创力），但气压P一般都选定为101.325kPa。在实际作业时，现场的气象条件一般会与标准气象条件有所不同，通常所说的气象改正就是指对相对于标准气象条件变化而进行的改正。

可以证明，在标准气象条件的基础上，当温度每变化1℃或气压每变化0.34kPa时，将会产生约1ppm的改正值。例如，当环境温度为10℃时，徕卡全站仪气象改正值为-2ppm。 在全站仪的使用手册中，一般都提供了进行气象改正的方法，主要有以下三种： 1.根据气象改正图表，由用户查取；

2.提供气象改正公式，由用户自己算出（每个厂家提供的公式可能会略有不同）； 3.用户直接输入温度T、气压P，由全站仪自动算出（新型全站仪一般都有此功能）。

五、测距仪的加、乘常数

（一）加常数

全站仪或红外测距仪的机械对中点与光路棱镜等效反射面不一致所引起的距离改正数，C表示。另外，反射棱镜的机械对中点与光路棱镜等效反射面不一称为仪器常数，通常用c表示。习惯上，往往将仪器常数和棱镜常致所引起的距离改正数，称为棱镜常数，通常用数综合在一起，统称为加常数。

加常数的作用是用于改正由此引起的测距系统误差。每台仪器和棱镜均存在着加常数，只是大小不同而已。一般大的有十几个毫米，小的则有零点几毫米，甚至可以忽略不计。用户可根据测量任务对精度的要求，来决定是否在数据处理时加上这项改正。

加常数的测定方法一般有两种：一种是在已知高精度短基线上经过多次比测求得；另一种是采用所谓的“六段法”，即在仪器的测程内选定一条平坦直线，将直线分成六段距离（即分别在直线的7个点上设站），用全组合法测定任意两点间全部21条线段的距离，以加常数和六段距离为7个未知数进行一并解算。 （二）乘常数

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仪器的比例误差和测距的气象改正都是与距离有关的比例因子，另外，仪器本身尚存在一个相对固定的比例改正因子，习惯上把它叫做乘常数，其单位符号是ppm。它的作用是用于改正与距离成比例的系统误差，这种误差主要是由于频率偏移等原因所引起的。每台仪器均存在着乘常数，