光电测距仪测距误差分析:园林工程测量成果

光电测距的精度与仪器性能、检定和测距时的操作方法、使用时的外界环境条件等有关，分析光电测距的各种误差来源、性质及其规律性，对提高测距的精度，正确使用、检定和维护仪器具有重要作用。

1）光电测距的误差来源

相位式测距仪考虑到大气中光波的传播速度c= c0

n及仪器加常数（仪器中心与等效反射面差值K）的影响，相位式测距仪的基本测距公式式（4.26）可以写成：

式中　c0——真空中的光速；

　　　n——大气的折射率；

　　　f，N，Δφ 与（4.26）式相同。

（4.27）式中的调制光往返程总相位差的整周期个数N，光电测距仪采用了粗测尺与精测尺读数组合的技术，可将其精确确定，不考虑它对距离的影响。其他变量所包含的误差对测距的影响，可将式（4.27）取全微分，得到：

由此可知，测距的误差来源可分为两部分：一部分是由测定相位的误差mΔφ和仪器加常数的误差mk所引起的测距中误差。它与被测距离的长短无关，对某一仪器而言，在一定外界条件下施测，其中误差固定不变，故称为固定误差（或称为常数误差）；另一部分是由真空中的光速值误差mc0、调制频率误差mf和大气折射率误差mn所引起的测距中误差，它与被测距离的长短成正比，故称为比例误差。

光电测距的误差来源，除（4.29）式中的各项误差外，还有安置仪器与反射棱镜的对中误差mc和由固定的电子和光信号串扰所产生的测定相位的周期误差mt。对中误差mc与所测距离的长短无关，周期误差mt虽然在精测尺的尺长度范围内作周期性变化，但经过检定并在测距成果中加以改正，其剩余部分也属于与距离无关的偶然误差。因而这两项误差也可划入固定误差的范围。

考虑上述各项误差，总的测距误差可写成：

上式可缩写成：

将上式简化成经验公式：

式（4.32）就成了测距仪出厂时的标称精度公式。

2）光电测距仪测距误差分析

（1）比例误差分析

①真空中光速值误差的影响。若采用光速值c0=299 792 458 m/s±1.2 m/s，则有：

这对测距的影响很小，可以忽略不计。

②调制频率误差的影响。调制频率误差是指测距仪主控晶体振荡器提供的精测尺的测尺频率误差。调制频率决定了测尺长度，调制频率变化将给测距成果带来影响，此项误差将随距离的增大而增大，其比例常数称为乘常数。对于长边需进行检定和改正，而对于短边可不考虑。在作业时对仪器要有足够的预热时间，否则会给测距成果带来系统误差。(www.xing528.com)

式中　n0——为光波的平均波长λg在标准大气状态（温度t=0 ℃，气压P=1 013 Pa，相对湿度e′=0%，二氧化碳含量为0.03%）下的大气折射率。

　　　λg——光波的平均波长（以微米为单位）；

　　　t——观测时的大气温度，以℃为单位；

　　　P——观测时的大气压力，以hPa（百帕）为单位；

　　　e——观测时大气的相对湿度，以%表示。

因而测定气象因素的误差影响大气折射率的误差，进而影响测距的误差。经计算，在一般气象条件下，对于1 km 的距离，温度变化1 ℃引起的测距离误差为0.95 mm，气压变化1 hPa 所产生的测距离误差为0.27 mm，绝对湿度变化1 hPa 引起的测距误差为0.04 mm。但气象代表性误差是影响测距精度最大的因素，目前尚无较好的办法减小此项误差。

（2）固定误差分析

①测相误差。测相误差包括自动数字测相系统的误差、信噪比误差、幅相误差和照相误差。这些误差与所测距离的长短无关，并且一般具有偶然误差的性质。

a.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，要减弱此项误差需提高仪器的结构、元件的质量和电路的调整，也可以采取多次测相取平均值来减弱此项误差。

b.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产生附加随机相移而产生的误差。噪音不能完全避免，但要求有较高的信噪比，信噪比越低，测距误差就越大。因此在高温条件下作业，需注意通风散热并避免长时间的连续作业，高精度测距时，应选择在阴天及大气清晰的气象条件下操作。

c.幅相误差是由于接收光信号强弱不同而产生的测相误差。要减小此项误差，可将接收光信号的强度控制在一定的范围内。

d.照准误差是因调制光束截面不同部位的相位不均匀，当反射镜位于发射光束截面的不同部分时导致测距结果不一致产生的误差。因此对于购置的仪器要进行等相位曲线的测定、电照准系统共轴性或平行性的检验，在实际操作时，先用望远镜瞄准反射镜进行光照准，再根据面板上的光信号指示，调整水平、竖直微动螺旋，使信号强度达到最大值，完成电照准，以减少照准误差对测距的影响。

②对中误差。要减弱此项误差，操作人员需精心操作，一般要把对中误差控制在3 mm 之内。另外对测距仪和反射棱镜的对中器要进行校正，操作时要严格整平水准管和精确对中。

③仪器加常数校正误差。测距仪的加常数误差包括在基线上检测的加常数误差以及在长期使用过程中发生的加常数变化。由于加常数给测距带来的是系统误差，因而要对仪器的加常数作定期的检测。检测时需注意反射棱镜的配套，同一测距仪对不同的反射棱镜可能有不同的加常数。

（3）周期误差分析　周期误差是由于测距仪内部电信号的串扰而存在相位不变的串扰信号，使相位计测得的相位值为测距信号和串扰信号合成矢量的相位值，从而产生的误差。它随所测距离的不同而作周期性变化，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。在测距作业时，应定期对仪器进行周期误差的测定，在观测成果中加以改正，以消除周期误差对测距的影响。