測距誤差來源及其影響.

1、5§4.3測距誤差來源及其影響測距誤差的大小與儀器本身的質(zhì)量，觀測時的外界條件以及操作方法有著密切的關(guān)系。為了提高測距精度，必須正確地分析測距的誤差來源，性質(zhì)及大小，從而找到消除或削弱其影響的辦法，使測距獲得最優(yōu)精度。4.3.1 測距誤差的主要來源由（4-3）式可知，相位式測距的基本公式為4-23)式中1cAOD=f0(Nc=c-n0將其線性化并根據(jù)誤差傳播定律得測距誤差'm'IC0丿'm、f2m24-24)式中c光在真空中傳播的速度；0f測尺頻率；n大氣折射率；O相位；九一一測尺波長。上式表明，測距誤差MD是由以上各項誤差綜合影響的結(jié)果。實際上，觀測邊長S的

2、中誤差M還應(yīng)包括儀器加常數(shù)的測定誤差m和測站及鏡站的對中誤差m，即SKlM2S(m=D2<-c(cI、0+(m(m)2+-(n丿4-25)上式中的各項誤差影響，就其方式來講，有些是與距離成比例的。如m,m和m等，c0fn我們稱這些誤差為“比例誤差”另一些誤差影響與距離長短無關(guān)。如m,m及m等,OKl我們稱其為“固定誤差”。另一方面，就各項誤差影響的性質(zhì)來看，有系統(tǒng)的，如m,m,m及m中的一部分；也有偶然的，如m,m及m中的另一部分。對于偶然c0fKnOln性誤差的影響，我們可以采取不同條件下的多次觀測來削弱其影響；而對系統(tǒng)性誤差影響則不然，但我們可以事先通過精確檢定，縮小這類誤差的數(shù)值，

3、達(dá)到控制其影響的目的。4.3.2 比例誤差的影響由（4-25）式可看出，光速值c。、調(diào)制頻率f和大氣折射率n的相對誤差使測距誤差隨距離D而增加，它們屬于比例誤差。這類誤差對短程測距影響不大，但對中遠(yuǎn)程精密測距影響十分顯著。1. 光速值c的誤差影響01975年國際大地測量及地球物理聯(lián)合會同意采用的光速暫定值c=299792458±1.2m/s0這個暫定值是目前國際上通用的數(shù)值，其相對誤差mc0=4x10-9，這樣的精度是極高的，c0所以，光速值c對測距誤差的影響甚微，可以忽略不計。02. 調(diào)制頻率f的誤差影響調(diào)制頻率的誤差，包括兩個方面，即頻率校正的誤差（反映了頻率的精確度）和頻率的漂

4、移誤差（反映了頻率穩(wěn)定度）。前者由于可用10-710-8的高精度數(shù)字頻率計進(jìn)行頻率的校正，因此這項誤差是很小的。后者則是頻率誤差的主要來源，它與精測尺主控振蕩器所用的石英晶體的質(zhì)量，老化過程以及是否采用恒溫措施密切相關(guān)。當(dāng)主控振蕩器的石英晶體不加恒溫措施的情況下，其頻率穩(wěn)定度為土1X10-5。這個穩(wěn)定度遠(yuǎn)不能滿足精密測距的要求（一般要求m/f在0.5X10-61.0X10-6范圍內(nèi)），為此，精密測距儀上的振蕩器采用恒溫裝置或者氣溫補(bǔ)償裝置，并采取了穩(wěn)壓電源的供電方式，以確保頻率的穩(wěn)定，盡量減少頻率誤差。目前，頻率相對誤差/f估計為-0.5X10-6。頻率誤差影響在精密中遠(yuǎn)程測距中是不容忽視的，

5、作業(yè)前后應(yīng)及時進(jìn)行頻率檢校必要時還得確定晶體的溫度偏頻曲線，以便給以頻率改正。3. 大氣折射率n的誤差影響在（4-23）式中，若只是大氣折射率n有誤差，則有dD/D=-dn/n（4-26）通常，大氣折射率n約為1.0003，因dn是微小量，故這里取n=1,于是dD/D=-dn（4-27）對于激光（X=6328X）測距來說，大氣折射率n由下式給出，即x10-64-28)170.91xP15.02e273.2 +1由上式可以看出，大氣折射率n的誤差是由于確定測線上平均氣象元素（P氣壓、t溫度、e濕度）的不正確引起的，這里包括測定誤差和氣象代表性誤差（即測站與鏡站上測定值之平均.經(jīng)過前述的氣象元素代

6、表性改正后，依舊存在的代表性誤差）。各氣象元素對n值的影響，可按（4-28）式分別求微分，并取中等大氣條件下的數(shù)值（P=101.325kPa，t=20oC，e=1.33322kPa）代入后有4-29)dn=0.95x10-6dttdn=+0.37x10-6dp>pdn=-0.05x10-6de由此可見，激光測距中溫度誤差對折射系數(shù)的影響最大。當(dāng)dt=1oC時，dn=-0.95X10-6,t由此引起的測距誤差約一百萬分之一。影響最小的是濕度誤差。從以上的誤差分析來看，正確地測定測站和鏡站上的氣象元素，并使算得的大氣折射系數(shù)與傳播絡(luò)徑上的實際數(shù)值十分接近，從而大大地減少大氣折射的誤差影響，這

7、對精密中、遠(yuǎn)程測距乃是十分重要的。因此，在實際作業(yè)中必須注意以下幾點(diǎn)：（1）氣象儀表必須經(jīng)過檢驗，以保證儀表本身的正確性。讀定氣象元素前，應(yīng)使氣象儀表反映的氣象狀態(tài)與實地大氣的氣象狀態(tài)充分一致。溫度讀至0.2oC，其誤差應(yīng)小于0.5oC，氣壓讀至0.0667kPa，其誤差應(yīng)小于0.1333kPa，這樣，由于氣象元素的讀數(shù)誤差引起的測距誤差可望小于1X10-6o（2）氣象代表性的誤差影響較為復(fù)雜，它受到測線周圍的地形、地物和地表情況以及氣象條件諸因素的影響。為了削弱這方面的影響，選點(diǎn)時應(yīng)注意地形條件，盡量避免測線兩端高差過大的情況，避免視線擦過水域。觀測時，應(yīng)選擇在空氣能充分調(diào)和的有微鳳的天氣或

8、溫度比較穩(wěn)定的陰天。必要時，可加測測線中間點(diǎn)的溫度。（3）氣象代表性的誤差影響，在不同的時間（如白天與黑夜），不同的天氣（如陰天和晴天），具有一定的偶然性，有相互抵消的作用。因此，采取不同氣象條件下的多次觀測取平均值，也能進(jìn)一步地削弱氣象代表性的誤差影響。4.3.3固定誤差的影響如前所述，測相誤差m，儀器加常數(shù)誤差m和對中誤差m都屬于固定誤差。它Kl們都具有一定的數(shù)值，與距離的長短無關(guān)，所以在精密的短程測距時，這類誤差將處于突出的地位。1. 對中誤差ml對于對中或歸心誤差的限制，在控制測量中，一般要求對中誤差在3mm以下，要求歸心誤差在5mm左右。但在精密短程測距時，由于精度要求高，必須采用強(qiáng)

9、制歸心方法，最大限度地削弱此項誤差影響。2. 儀器加常數(shù)誤差mK儀器加常數(shù)誤差包括在已知線上檢定時的測定誤差和由于機(jī)內(nèi)光電器件的老化變質(zhì)和變位而產(chǎn)生加常數(shù)變更的影響。通常要求加常數(shù)測定誤差m<0.5m，此處m為K儀器設(shè)計（標(biāo)稱）的偶然中誤差。對于儀器加常數(shù)變更的影響，則應(yīng)經(jīng)常對加常數(shù)進(jìn)行及時檢測，予以發(fā)現(xiàn)并改用新的加常數(shù)來避免這種影響。同時，要注意儀器的保養(yǎng)和安全運(yùn)輸，以減少儀器光電器件的變質(zhì)和變位，從而減少儀器加常數(shù)可能出現(xiàn)的變更。3. 測相誤差m測相誤差m是由多種誤差綜合而成。這些誤差有測相設(shè)備本身的誤差，內(nèi)外光路光強(qiáng)相差懸殊而產(chǎn)生的幅相誤差，發(fā)射光照準(zhǔn)部位改變所致的照準(zhǔn)誤差以及儀器

10、信噪比引起的誤差。此外，由儀器內(nèi)部的固定干擾信號而引起的周期誤差也在測相結(jié)果中反映出來。（1）測相設(shè)備本身的誤差目前常用方法有移相一一鑒相平衡測相法和自動數(shù)字測相法兩種。當(dāng)采用移相鑒相平衡測相法時，測相設(shè)備本身的誤差與電感移相器的質(zhì)量，讀數(shù)裝置的正確性以及鑒相器的靈敏度等有關(guān)。其中電感移相器與機(jī)械計數(shù)器是聯(lián)動的，由于移相器電路元件的變化和非線性誤差影響，以及鑒相器的不靈敏，使機(jī)械計數(shù)器的讀數(shù)與應(yīng)有值不符，而產(chǎn)生測相誤差，對此，必須提高移相器和鑒相器本身的質(zhì)量。測距時，我們采用內(nèi)外光路的多次交替觀測，這樣可以消除相位零點(diǎn)的漂移，提高測相精度。當(dāng)采用自動數(shù)字測相法時，數(shù)字相位計本身的誤差與檢相電路

11、的時間分辨率、時間脈沖頻率，以及一次測相的檢相次數(shù)有關(guān)。一般來說，檢相觸發(fā)器和門電路的啟閉愈靈敏，時標(biāo)脈沖的頻率愈高，則測相精度愈高，這自然和設(shè)備的質(zhì)量有關(guān)。測相的靈敏度還與信號的強(qiáng)弱有關(guān)，而信號的強(qiáng)弱又與大氣能見度、反光鏡大小等因素有關(guān)。所以選擇良好的大氣條件配置適當(dāng)?shù)姆垂忡R，也可以減少數(shù)字相位計產(chǎn)生的測相誤差。（2）幅相誤差由信號幅度變化而引起的測距誤差稱為幅相誤差。產(chǎn)生的原因是由于放大電路有畸變或檢相電路有缺陷，當(dāng)信號強(qiáng)弱不同時，使移相量發(fā)生變化而影響測距結(jié)果，這種誤差有時達(dá)12cm。為了減小幅相誤差，除了在制造工藝上改善電路系統(tǒng)外，盡量使內(nèi)外光路信號強(qiáng)度大致相當(dāng)。一般內(nèi)光路光強(qiáng)調(diào)好后是

12、不大改變的，因而必須對外光路接收信號作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，為此在機(jī)內(nèi)設(shè)置了自動增益控制電路，還專門設(shè)置了手動減光板等設(shè)備，供作業(yè)時隨時調(diào)節(jié)接收信號強(qiáng)度，使內(nèi)外光路接收信號接近。通過這種措施，幅相誤差可望小于土5mm。（3）照準(zhǔn)誤差當(dāng)發(fā)射光束的不同部位照射反射鏡時，測量結(jié)果將有所不同，這種測量結(jié)果不一致而存在的偏差稱為照準(zhǔn)誤差。產(chǎn)生照準(zhǔn)誤差的原因是發(fā)射光束的空間相位的不均勻性，相位漂移以及大氣的光束漂移而產(chǎn)生的。據(jù)研究，KD*P調(diào)制器的發(fā)射光束空間相位不均勻性達(dá)±2o當(dāng)精尺長為2.5m時，由此引起的照準(zhǔn)誤差約為±23cm。而且相位不均勻性，即使采用內(nèi)外光路觀測，也因二者不可能截取發(fā)射光束的相同部位，無法消除這種誤差影響?？梢?，照準(zhǔn)誤差是影響測相精度的一項主要誤差來源。為了盡可能地消除這種誤差影響，觀測前，要精確進(jìn)行光電瞄準(zhǔn)，使反射器處于光斑中央。多次精心照準(zhǔn)和讀數(shù)，取平均后的照準(zhǔn)誤差可望小于土5mm。大氣光束漂移的影響可選擇有利觀測時間和多次觀測的辦法加以削弱。（4）信噪比引起的誤差測相誤差還與信噪比有關(guān)。由于大氣抖動和儀器內(nèi)部光電轉(zhuǎn)換過程中可能產(chǎn)生的噪音（包括光噪音、電噪音和熱噪音）使測相產(chǎn)生誤差。這種誤差是隨機(jī)變化的，它的影響隨信號強(qiáng)度的增強(qiáng)而減?。措S信噪比的增大而減?。Ｋ?，為了削弱信噪比的影響，必須增大信號強(qiáng)度，并采用增多檢相次數(shù)取平均值的辦法。一般儀器一