光电测距是通过测量光波在待测距离上往返一次所经历的时间，来确定两点之间的距离。如图4-11所示，在A点安置测距仪，在B点安置反射棱镜，测距仪发射的调制光波到达反射棱镜后又返回到测距仪。设光速c为已知，如果调制光波在待测距离D上的往返传播时间为t，则距离D为：

图4-11　光电测距

式中：c＝c0/n，其中c0为真空中的光速，其值为299792458m/s；n为大气折射率，它与光波波长λ、测线上的气温T、气压p和湿度e有关。因此，测距时还需测定气象元素，对距离进行气象改正。

由式（4-17）可知，测定距离的精度主要取决于时间t的测定精度，即当要求测距误差dD小于1cm时，时间测定精度dt要求准确到6.7×10-11s，这是难以做到的。因此，时间的测定一般采用间接的方式来实现。间接测定时间的方法有两种。

1）脉冲法测距

由测距仪发出的光脉冲经反射棱镜反射后，又回到测距仪而被接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔t的钟脉冲的个数，进而求得距离D。由于钟脉冲计数器的频率所限，所以测距精度只能达到0.5～1m。故此法常用在激光雷达等远程测距上。

图4-12　光的调制

2）相位法测距

相位法测距是通过测量连续的调制光波在待测距离上往返传播所产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得被测距离。红外光电测距仪就是典型的相位式测距仪。

红外光电测距仪的红外光源是由砷化镓（GaAs）发光二极管产生的。如果在发光二极管上注入一恒定电流，它发出的红外光光强则恒定不变。若在其上注入频率为f的高变电流（高变电压），则发出的光强随着注入的高变电流呈正弦变化，如图4-12所示，这种光称为调制光。

测距仪在A点发射的调制光在待测距离上传播，被B点的反射棱镜反射后又回到A点而被接收机接收，然后由相位计将发射信号与接收信号进行相位比较，得到调制光在待测距离上往返传播所引起的相位移φ，其相应的往返传播时间为t。如果将调制波的往程和返程展开，则有如图4-13所示的波形。

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图4-13　相位式测距原理

设调制光的频率为f（每秒振荡次数），其周期每振荡一次的时间（s）），则调制光的波长为：

从图中可看出，在调制光往返的时间t内，其相位变化了N个整周（2π）及不足一周的余数Δφ，而对应Δφ的时间为Δt，距离为Δλ，则：

t＝NT＋Δt　(4-19)

由于变化一周的相位差为2π，则不足一周的相位差Δφ与时间Δt的对应关系为：

于是得到相位测距的基本公式：

式中：——不足一整周的小数。

在相位测距基本公式（4-21）中，常将看作是一把“光尺”的尺长，测距仪就是用这把“光尺”去丈量距离。N为整尺段数，ΔN为不足一整尺段之余数。两点间的距离D就等于整尺段总长和余尺段长度之和。

测距仪的测相装置（相位计）只能测出不足整周（2π）的尾数Δφ，而不能测定整周数N，因此使式（4-21）产生多值解，只有当所测距离小于光尺长度时，才能有确定的数值。例如，“光尺”为10m，只能测出小于10m的距离；“光尺”为1000m，则可测出小于1000m的距离。又由于仪器测相装置的测相精度一般为1/1000，故测尺越长测距误差越大。为了解决扩大测程与提高精度的矛盾，目前的测距仪一般采用两个调制频率，即两把“光尺”进行测距。用长测尺（称为粗尺）测定距离的大数，以满足测程的需要；用短测尺（称为精尺）测定距离的尾数，以保证测距的精度。将两者结果衔接组合起来，就是最后的距离值，并自动显示出来。例如：

若想进一步扩大测距仪器的测程，可以多设几个测尺。