專利名稱：大地測量目標物體和測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的大地測量目標物體、用于 這種大地測量目標物體的模塊化部件、以及用于在確定大地測量目標物 體位置的大地測量中傳送數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
在許多大地測量應(yīng)用中，通過在測量位置處置放特殊設(shè)計的目標物 體來進行位置的測量。所述目標物體通常包括具有可見標記的鉛錘桿或 用于限定測量路徑或測量位置的反射器。通常使用具有距離和角度測量 功能的總站或經(jīng)緯儀作為用于測量的中央測量單元，還可以通過中央單 元來測量相對大量的目標物體，所述中央單元需要目標物體的標識。在 這樣的測量任務(wù)中，大量的數(shù)據(jù)、指令、語言和其它信息段在目標物體 和中央測量單元之間傳輸，以用于控制測量進程并且用于指定或記錄測 量參數(shù)。這種數(shù)據(jù)的實例為目標物體的標識、鉛錘桿的傾度、反射器在 地面上的高度、檢測器常數(shù)或諸如溫度或氣壓的測量值。
然而，測量系統(tǒng)或其數(shù)據(jù)處理能力的電子智能幾乎總是存在于中央 測量單元中。另一方面，目標物體為尚未配備有電子智能的標準無源物。 當(dāng)前用于在目標物體和測量單元之間的通信的方案基于無線電或無線
GSM。此外，常常通過語言進行傳送，這樣由于理解問題可能出現(xiàn)錯誤。 現(xiàn)有技術(shù)描述了多種用于將數(shù)據(jù)傳送集成到測量進程中的方法。 US 6，133,998公開了一種用于大地測量設(shè)備的目標搜索的方法和裝 置。通過靠近反射器設(shè)置的接收器來檢測自導(dǎo)引單元的掃描射束，并且 所采集的信息經(jīng)由無線電通信傳至自導(dǎo)引單元。此外，由于結(jié)構(gòu)的尺寸 及其對由于反射器和接收器的平行設(shè)置所導(dǎo)致的干擾的敏感性，因此尤 其是因較高的技術(shù)復(fù)雜性和不夠緊湊的結(jié)果而使得不利于使用無線電線
路。
US 6,295,174描述了一種棱鏡裝置，該棱鏡裝置包括用于從大地測 量設(shè)備向棱鏡裝置進行光學(xué)傳輸?shù)母郊咏邮赵O(shè)備。輻射從反射器的區(qū)域 中通過光學(xué)路徑耦合射出，且被傳輸至接收器的平行于軸線設(shè)置的接收 表面。接收狀態(tài)通過以不同顏色發(fā)光的兩個發(fā)光二極管指示。由于設(shè)置 有兩個分離的部件和一個光纖鏈路，因此設(shè)計復(fù)雜，對干擾敏感并且不 是非常緊湊。此外，數(shù)據(jù)僅沿一個方向傳送，并且反射器的反射能力因
所附的鏈路而降低。
EP0，716，288描述了一種測量設(shè)備，其中關(guān)于離開所要求位置的觀測 單元的偏差信息通過從測量設(shè)備發(fā)射至觀測單元的激光射束的可變中斷 而被傳輸。激光被布置成與實際測量激光的軸線平行，并且射束相對于 反射器偏離地發(fā)射至接收器單元上。這種設(shè)置也不夠緊湊并且僅僅沿一 個方向通信。
在EP 1,176,429中公開了從便攜式距離測量儀至觀測單元的光學(xué)數(shù) 據(jù)傳輸。這種數(shù)據(jù)傳輸也僅僅沿一個方向進行。此外該裝置通常只適用 于短距離。由于光學(xué)設(shè)計和較弱的方向穩(wěn)定性，因此該裝置不能在較長 的距離上執(zhí)行距離測量和數(shù)據(jù)傳輸。
US 6,023,326公開了一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括能夠沿雙向進 行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y量設(shè)備和目標物體。反射器被設(shè)置為在測量標尺上的目 標物體，并且光學(xué)檢測器設(shè)置在下方，信號光發(fā)射單元設(shè)置在上方，不 同的部件之間在空間上分開。信號光發(fā)射單元產(chǎn)生調(diào)制光，所述調(diào)制光 沿著測量設(shè)備的方向被發(fā)射以用于精確地空間定向，并且也能夠用于傳 輸控制信息。此外，能夠進行從測量設(shè)備到檢測器的數(shù)據(jù)傳輸。然而， 具有多個形態(tài)上分離的部件的測量標尺的設(shè)計復(fù)雜，對干擾敏感并且不 是非常緊湊。此外，所有這三個部件均具有分離的射束或接收軸線，這
些軸線被布置為一個在另一個的上方地在空間上分離，并且相互不共線。 為了進行通信，使用兩個分離的射束路徑，從而要求分離的光學(xué)系統(tǒng)。 DE37 09 142 Al公開了一種用于經(jīng)由光傳遞路徑傳遞激光的設(shè)置， 其中不存在進一步的、尤其是定向傳感器。具有遠角的回復(fù)反射器和作為基準光源的單獨輻射源被用在接收器側(cè)。然而，這并非是用于通信， 而是用于有效地、尤其是在反射器或接收器中檢測射束路徑中的障礙物， 或通過附近的反向散射檢測污染。通過基準光源發(fā)射的輻射未經(jīng)調(diào)制， 從而未載有信息，這也是不合要求的。此外，僅僅描述了一種單向的傳 遞路徑，其中在一個時刻只出現(xiàn)一條向外引導(dǎo)和定向的輻射通道。另一 方面，基準光路僅僅為內(nèi)部的和不定向的，即所有光束均在發(fā)射裝置或 回復(fù)反射器中被引導(dǎo)。
EP 0,919,837 A2描述了用于經(jīng)緯儀的數(shù)據(jù)通信裝置，該經(jīng)緯儀包括 自動目標識別(ATR)功能。在物體空間中，射束通過聲光調(diào)制器以掃 描移動的方式移動。在此，目標或EDM測量軸線不與跟蹤軸線平行，所 述跟蹤軸線具有可調(diào)節(jié)的角度并且能夠在反射器單元的上方移動。如果 目標或距離測量儀軸線指向反射器單元的中心，則跟蹤射束可以被移動 至目標物體上的任何所需位置。這種跟蹤射束的光由于其在空間上可尋 址并且由此到達觀測單元上的接收器，因此而用于數(shù)據(jù)通信。因此，原 則上無須在反射器上將發(fā)射裝置和接收裝置彼此靠近地設(shè)置。所公開的 棱鏡為圓形的，具有寬邊區(qū)域，其不與反射器的其它部件重疊，在本方 法中，這也是不要求的。距離測量射束并不用于通信。另一方面，該專 利探討了距離測量射束和反射器側(cè)上的接收裝置之間的交叉耦合的問 題。對這種方法而言，原則上不要求發(fā)射孔徑和接收孔徑彼此靠近地設(shè) 置。
現(xiàn)有技術(shù)的方法如此使用在形態(tài)上分離的部件，這些部件設(shè)置為與 反射器的光學(xué)軸線間隔一定的距離，所述光學(xué)軸線限定大地測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)目標物體和中央測量單元之間的自動數(shù)據(jù)交換。
本發(fā)明的目的在于提供結(jié)構(gòu)上集成的大地測量目標物體或用于這種 目標物體的模塊化部件，通過本發(fā)明可以向測量單元通信。
本發(fā)明的另一個目的在于減少或避免目標物體和測量單元之間的數(shù) 據(jù)傳輸?shù)恼`差。
本發(fā)明的又一個目的在于提供一種目標物體，該目標物體具有彼此 靠近設(shè)置的發(fā)射器軸線和接收器軸線，從而可以通過共用的光學(xué)系統(tǒng)或 具有較小間離平行軸線的兩個光學(xué)系統(tǒng)在測量單元中進行釆集和通信。
本發(fā)明的又一個目的在于在測量的過程中簡化系統(tǒng)的操作，所述系 統(tǒng)包括目標物體和測量單元。
這些目的分別通過權(quán)利要求1、 15和16的主題，或者通過從屬權(quán)利
要求或進一步改進的方案來實現(xiàn)。
本發(fā)明基于，將發(fā)射和接收通道和反射器部件結(jié)構(gòu)化集成為共用單 元，所述反射器部件例如為回復(fù)反射器或諸如三棱鏡或四棱鏡之類的更 具體的形式。這種設(shè)計容許使用收發(fā)器作為與無源光學(xué)動作的回復(fù)反射 器協(xié)作的發(fā)射器/接收器結(jié)合體。
在收發(fā)器的光發(fā)射和光接收軸線被定位為盡可能地靠近反射器的光 學(xué)軸線的同時，反射器的反射性不會顯著地降低，該軸線由中央站和回 復(fù)反射器的光學(xué)中心之間的連接線限定。
為此，如此布置發(fā)射和接收通道的光入射或光出射表面，以使得它 們的光學(xué)軸線與反射器的光學(xué)軸線重合，或者至少平行于并且盡可能地 靠近反射器的光學(xué)軸線。發(fā)射和接收通道的光入射或光出射表面可以形 成為具有向反射器表面的平坦過渡，從而形成結(jié)合表面或公共入射表面。 發(fā)射和接收通道由此與反射器的功能一起集成為(至少部分共用的)光 學(xué)孔徑，從而形成結(jié)合孔徑，即相連接的孔徑或公共孔徑的形式。
如果能夠?qū)⑷肷浠虺錾浔砻嬷苯蛹傻椒駝t用于反射的表面中則是 尤其有利的。反射通道和接收通道隨后限定連接至目標物體的、從入射 表面至相應(yīng)的光電部件(即，發(fā)射器或接收器)的光學(xué)路徑。通道可以 具有附加的偏轉(zhuǎn)元件、濾波器或類似部件。
用于發(fā)射通道或接收通道的光學(xué)孔徑可以設(shè)置在反射器表面的邊緣 處，或者設(shè)置在現(xiàn)有技術(shù)中用作反射器區(qū)域的區(qū)域處，或者設(shè)置在反射 器表面自身的區(qū)域中。第一方法在模塊化設(shè)計方面是有利的，其能夠支 持可能的改進。第二方法容許用于反射器、發(fā)射器和接收器的各軸線的
特別接近的空間設(shè)置。
關(guān)于通常用于大地測量應(yīng)用的目標物體，可以確定兩種基本類型， 對此也可以實現(xiàn)相應(yīng)的集成。
第一實施方式為360。反射器，該反射器在原則上應(yīng)能夠獨立于現(xiàn)有 取向地使用。該實施方式通常包括多個回復(fù)反射器，其通常為三棱鏡的 形式，并且三角形反射器表面的邊緣區(qū)域可以是經(jīng)過打磨的，從而不會 顯著地減小有效光入射孔徑。收發(fā)器或發(fā)射和接收通道的發(fā)射和接收孔 徑可以定位在被打磨位置處。邊緣區(qū)域也應(yīng)該盡可能地靠近回復(fù)反射器 的光學(xué)中心。由于三棱鏡被定向為它們的三個角彼此相對，因此通常在 由反射器表面限定的主體的中心存在用于集成收發(fā)器部件的很小的空 間。因此，這些部件可以布置在主體內(nèi)部的頂部和/或底部，或者發(fā)射表 面區(qū)域的外側(cè)，并且通過發(fā)射和接收通道的相應(yīng)射束引導(dǎo)元件來實現(xiàn)與 發(fā)射孔徑和接收孔徑的連接。
第二實施方式涉及簡單定向的回復(fù)反射器，該回復(fù)反射器具有優(yōu)選 為三角形的入射表面，從而借此形成盡可能長的邊緣。為了形成發(fā)射器 孔徑，中心定位的三角被打磨；為了形成接收孔徑，至少一個邊緣被例 如通過拋光反射層制成透明的，由此形成孔徑，所述孔徑可以安裝附加 的光導(dǎo)部件。
在這些緊湊實施方式的情況下，各軸線在形態(tài)上集成在殼體中而靠 在一起，從而可以通過公共光學(xué)系統(tǒng)或通過布置成結(jié)構(gòu)化地靠在一起的 光學(xué)系統(tǒng)來實現(xiàn)反射器的觀測和通過測量單元的數(shù)據(jù)傳輸輻射的發(fā)射以 及通過目標物體發(fā)射的數(shù)據(jù)傳輸輻射的檢測。
為了通過中央測量單元傳輸數(shù)據(jù)，例如，在任何情況下在距離測量 中使用的激光射束可以附加地被調(diào)制，或者另一激光射束被耦合入同一 射束路徑中，從而以相同的軸線光學(xué)地進行測量和數(shù)據(jù)傳輸。由于光接 收孔徑和反射器在形態(tài)上集成在目標物體上，因此輻射被部分地接收以 用于數(shù)據(jù)評估，同時以限定的方式被發(fā)送回，以用于通過測量單元進行 距離測量。然而，不僅通過用于測量自身的輻射，而且通過用于其它目 的的輻射(例如用于自動目標搜索或目標識別)，也可以實現(xiàn)向目標物體
的數(shù)據(jù)傳輸或通過目標物體的響應(yīng)的初始化。
沿著相同的軸線或至少靠近所述軸線，從目標物體的發(fā)射器發(fā)射輻 射。所述輻射可以隨后例如通過總站的物體被接收，并且可以被為其它 目的(例如為了目標搜索或目標識別)而設(shè)置的部件評估。
作為結(jié)構(gòu)化集成的結(jié)果，由此實現(xiàn)了目標物體和中央測量單元設(shè)計 的加強的緊湊性和堅固性。此外，位于測量單元中的部件也可以用于數(shù) 據(jù)傳輸。
由于從發(fā)射器和接收器到反射器軸線的距離較小，因此發(fā)射單元的 散度以及目標物體和中央測量單元的接收單元的視場的散度可以保持得 較小，從而信號強度和范圍均由此得到改善。通過結(jié)構(gòu)化集成，尤其是 通過在目標物體中的兩個傳感器軸線的平行設(shè)置，傳輸誤差的概率沿兩 個方向均顯著地減小。
盡管通過在所述反射器孔徑內(nèi)的發(fā)射器孔徑和接收器孔徑的結(jié)構(gòu)化 定位略微降低了有效反射器孔徑，然而與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過中央測量 單元的現(xiàn)在易于達到的較小測量射束散度，可以顯著地增加輻照度以及 由此的信號強度。
此外，例如，在測量進程中，可以自動地執(zhí)行以前人工實現(xiàn)的以下 目標
1. 支持目標搜索進程在進行了假定目標物體的初始觀測之后，目 標物體在接收到測量輻射之后將目標標識發(fā)射至中央站；這可以是例如 反射器數(shù)量或反射器類型。中央站隨后可以進行自身最優(yōu)化配置以用于 目標物體搜索，例如可以采用適當(dāng)?shù)木嚯x測量程序，例如用于無反射器 的測量或具有反射器的測量。
2. 傳輸目標物體參數(shù)，例如，用于距離測量的目標高度或附加常數(shù)。
3. 鉛錘桿處的傾斜度監(jiān)測。
4. 從鉛錘桿到中央站的傾斜度傳輸，以及導(dǎo)出坐標系的修正。
5. 在相同反射器重復(fù)觀測的情況下傳輸位置數(shù)量。
6. 待發(fā)射參數(shù)的可配置性，例如選擇參數(shù)或選擇待使用的數(shù)據(jù)格式。
7. 傳輸氣象數(shù)據(jù)，例如溫度、濕度和大氣壓力。
支持測量進程的功能有利于在非常寬的應(yīng)用范圍中的工作，例如 -用于借助鉛錘桿支架進行的雙人測量任務(wù)的應(yīng)用； -監(jiān)測固定目標物體，例如用于監(jiān)測建筑物；
-自動化的一人測量任務(wù)，其中一個人通過鉛錘桿操作整個系統(tǒng)； -在夜晚進行目標搜索和目標識別。而后目標物體的發(fā)射單元也選 擇以可見光發(fā)光。
如果目標物體附加地形成有用于基于人造衛(wèi)星定位系統(tǒng)的接收器， 例如GPS、 GLONASS或伽利略(Galileo),則可以從目標物體發(fā)射用于 這種定位系統(tǒng)的合適數(shù)據(jù)。有利的可能應(yīng)用還在于將這種目標物體集成 到網(wǎng)絡(luò)中，所述網(wǎng)絡(luò)包括接收器，該接收器也可被用作例如用于不同系 統(tǒng)的基準站。


下面將僅通過實施例并且參考在附圖中示意性地示出的工作實施例 來更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的目標物體和根據(jù)本發(fā)明的模塊化部件。具
體而言
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有目標物體的測量系統(tǒng)的視圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有目標物體的測量系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明
要實現(xiàn)的功能的視圖3a—3b示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的全向反射器和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的目標
物體的第一工作實施例的視圖4示出了第一工作實施例的緊湊的幾何關(guān)系的視圖5示出了用于實現(xiàn)第一工作實施例的模塊化部件的使用的視圖6示出了鳥瞰第一工作實施例的收發(fā)器部件的視圖7a-圖7c示出了作為根據(jù)本發(fā)明的目標物體的第二工作實施例的
簡單的回復(fù)反射器的視圖8示出了具有光學(xué)發(fā)射和接收孔徑的第二工作實施例的反射器表
面的視圖9示出了具有光學(xué)發(fā)射和接收孔徑的第三工作實施例的反射器表
面的視圖10示出了包括根據(jù)本發(fā)明的目標物體和具有公共發(fā)射和接收光 學(xué)系統(tǒng)的測量單元的系統(tǒng)的視圖；以及
圖ll示出了包括根據(jù)本發(fā)明的目標物體和具有平行的發(fā)射和接收光 學(xué)系統(tǒng)的測量單元的系統(tǒng)的視圖。
具體實施例方式
圖1示出了一種測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的目標物 體和中央測量單元2的。目標物體包括鉛錘桿l，在該鉛錘桿l上設(shè)置有 反射器3、用于從測量單元2發(fā)射出的輻射ES的接收器4以及用于傳輸 回射的輻射RS的發(fā)射器6。為了控制分離的部件，可以使用類似的分離 操作和控制單元7。所發(fā)射的輻射ES具有射束截面5，所述射束截面5 在距離相對較大的情況下覆蓋反射器3和接收器4兩者，并且由此容許 同時進行數(shù)據(jù)傳輸和測量。然而，這兩個部件的這種適當(dāng)?shù)母采w在靠近 的范圍內(nèi)不斷變差，甚至可以完全不存在，因此，在小于閾值距離的情 況下，無法測量目標物體或者無法向目標物體傳輸數(shù)據(jù)。此外，發(fā)射器6 必須以一定的散度發(fā)射回射輻射RS，所述散度確保通過測量單元2的接 收部件的可靠的采集。
由于必須采用較大的射束散度和由此較大的射束橫截面5，由此使 得信號快速變?nèi)?，從而在間隔更大距離的情況下還會發(fā)生問題，并且較 弱的信噪比阻止了對目標物體的測量或數(shù)據(jù)傳輸返回至測量單元2。臨界
距離均小于大地測量情況下的通常要求。
在鉛錘桿1傾斜的情況下，可能出現(xiàn)以下問題多個部件被設(shè)置為 其軸線一個位于另一個之上，并且測量單元2的相應(yīng)部件分別與之配準， 則這些部件位于射束橫截面5之外或位于測量單元2的接收器的采集區(qū) 域之外。為了確保覆蓋所有軸線，必須保持垂直定向和精確對準以用于 領(lǐng)懂。
此外，各部件具有相互調(diào)節(jié)和對準、機械堅固性差以及重量相對較 高的問題。此外，發(fā)射器6和接收器4的公共電源比較復(fù)雜，從而易于
出現(xiàn)故障。
圖2示出了包括根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的目標物體和根據(jù)本發(fā)明所要實現(xiàn)的 功能的測量系統(tǒng)。第一類大地測量的目標物體為在鉛錘桿1上的簡單回
復(fù)反射器8。第二類大地測量目標物體為全向反射器9，所述反射器9由 單獨的回復(fù)反射器部件構(gòu)成，并且覆蓋360。的范圍。所力求的功能在于 將數(shù)據(jù)傳遞和測量所要求的視線或輻射軸線的所有線路集成在射束橫截 面5'內(nèi)，該射束橫截面5'用于測量并且尺寸被設(shè)定為具有0.5毫拉德至 2毫拉德的典型散度。接收器和發(fā)射器軸線被設(shè)置為靠近測量用的目標軸 線，這樣， 一方面即使在較短距離的情況下，接收器和反射器也能夠通 過從測量單元2'發(fā)射的輻射ES而被照亮，另一方面，通過發(fā)射器回射的 輻射RS位于測量單元2'的視場中。
在圖3a-b中示出了作為目標物體的全向反射器。在此，圖3a的實施 方式與現(xiàn)有技術(shù)的第一全向反射器9相對應(yīng)，而圖3b示出了作為根據(jù)本 發(fā)明的目標物體的第二全向反射器9'。在該具體示出的情況下，第一全 向反射器9具有六個帶三角形反射器表面的回復(fù)反射器10，所述回復(fù)反 射器10彼此接合，從而它們的反射器表面一起覆蓋360。的極角。下面， 具有三角形反射器表面的回復(fù)反射器10被簡稱為三角形棱鏡或三棱鏡。 除了三角形棱鏡或三棱鏡之外，根據(jù)本發(fā)明也可以使用諸如凹面反射器 之類的其它形式的反射器。
第二全向反射器9'類似地具有極角為360。的六個三棱鏡10'，且具 有沿著反射器表面的側(cè)向線形成凹坑的區(qū)域11'，發(fā)射孔徑和接收孔徑根 據(jù)本發(fā)明以緊湊方式并且靠近測量用目標軸線地集成到該區(qū)域中。原則 上，根據(jù)本發(fā)明的目標物體覆蓋較小的極角顯然也是可以實現(xiàn)的，例如 僅通過兩個回復(fù)反射器覆蓋120。的極角或者通過三個回復(fù)反射器覆蓋 180。的極角。例如，當(dāng)通過處于不同角度的多個測量單元而使用反射器 時，這也是可以實現(xiàn)的。例如，在建筑物的監(jiān)控中可以采用這種構(gòu)造。 由此光學(xué)發(fā)射孔徑和接收孔徑使用部分反射器表面或三棱鏡10'，其通常 用于反射測量輻射，并且因此也被所發(fā)射輻射的射束橫截面至少部分地
覆蓋。由輻射孔徑和接收孔徑所使用的區(qū)域ir由此被集成入初始反射表
面中，并且在改型后與剩余的反射器表面直接鄰接，由此構(gòu)成公共外表 面。通過這種改進，可以實現(xiàn)尤其是適于野外使用的堅固且防塵防水的 實施方式。
圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明目標物體的第一工作實施例的情況下，幾
何關(guān)系的視圖。為了能夠集成發(fā)射和接收部件，在三棱鏡io'的反射器表 面處去除側(cè)向邊緣，從而形成可用區(qū)域ir。例如，蓋子12定位在區(qū)域
ir中，該蓋子12也可以為用于現(xiàn)有技術(shù)的全向反射器的改進模塊化部件
的形式。所述蓋子包括發(fā)射和接收部件，或至少包括光學(xué)孔徑和適當(dāng)?shù)?光學(xué)反射元件。在本實施方式中，對各配合的反射器表面而言，蓋子具 有至少一個發(fā)射部件和至少一個接收部件，在此僅以實施例方式示出的
發(fā)光二極管(LED)作為輻射源13。由此，用于通信的部件可以設(shè)置成 其軸線接近反射器軸線RA，這樣只不過對反射器的性能產(chǎn)生非常小的限 制。通過如下選擇可允許這樣，即，選擇輻射源12或接收部件或光學(xué)孔 徑的軸線和蓋子的下邊界之間的距離Al盡可能地小，以及選擇反射器軸 線RA和由側(cè)向邊緣或可用區(qū)域ll'的距離形成的邊界之間的距離A2盡 可能地小。作為這些距離Al和A2的值盡可能小的結(jié)果，輻射源13或 接收部件的軸線和反射器軸線RA對準從而靠在一起。在這種情況下， 反射器軸線RA通過反射中心RZ和測量單元2之間的連接線來限定。與 入射或反射器表面的平均半徑的比較值作為對根據(jù)本發(fā)明的目標物體的 靠近程度的測量是決定性的。緊密布置滿足以下條件，即從接收部件或 發(fā)射部件13至軸線RA的距離小于反射器表面的平均半徑。
由于相對于測量單元，反射器表面的光瞳向下光學(xué)偏移并由此遠離 蓋子12，因此對反射器性能僅有的最小限制由三棱鏡10'相對于豎直方向 以例如約20°的角a傾斜而獲得支持。三棱鏡l(T具有基角(3，該基角卩 相對于朝向測量單元的外表面例如約為35°。
在圖5中描繪了作為模塊化部件以用于實現(xiàn)第一工作實施例的蓋子 12的使用。三棱鏡10'被設(shè)置為其基面相對于彼此取向，并且所述三棱鏡 10'分別在頂點處和在基面處沿著與入射表面鄰接的側(cè)向邊緣被打磨，這 樣具有發(fā)射和接收部件的兩個蓋子能夠被安裝成它們的接觸表面12b位
于全向反射器的底部和頂部。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射和接收孔徑應(yīng)當(dāng)形成為 與該接觸表面12b盡可能地靠近，這樣，在組裝狀態(tài)中，隨之可實現(xiàn)最
可能靠近反射中心的布局。由于蓋子12也可以直接安裝在未修改的三棱 鏡上，如圖3a中所示，由于在這種情況下也滿足條件"從接收部件或發(fā) 射部件至軸線RA的距離"小于"反射器表面的平均半徑"，因此原則上不 需要根據(jù)本發(fā)明對三棱鏡進行改型。根據(jù)本發(fā)明，作為進一步的選擇， 也可以例如通過粘合劑粘接等直接將發(fā)射器/接收器行列安裝在三棱鏡的 部分區(qū)域上。通過可獲得的薄板類材料，接收器和發(fā)射器的二極管行列 也可以直接安裝在不進行修改或僅僅略作修改的表面上。
圖6示出了在蓋子12中，第一工作實施例的發(fā)射和接收部件的布置， 其中在各殼體1中，LED作為每一反射器表面或三棱鏡10'的輻射源13。 該視圖是垂直向下觀察或鳥瞰的視圖。根據(jù)本發(fā)明，也可以優(yōu)選地實現(xiàn) 每一三棱鏡10'具有兩個或多個輻射源13;為了能夠沿水平方向覆蓋總共 為360。的范圍，單個發(fā)射器的散度只要大約為30。就足夠了。測量路徑的 理論端點EP位于蓋子12內(nèi)，并且位于蓋子12的中心。沿豎直的方向， 跟隨有大約30。的工作區(qū)，其對于大多數(shù)大地測量應(yīng)用是足夠的。然而根 據(jù)本發(fā)明，也可以采用具有其它開度角和數(shù)量的輻射源13，例如具有12° 或30°開度角的30個或12個輻射源。合適的輻射源或光源為激光或優(yōu)選 為處于紅色或紅外范圍內(nèi)的LED。 LED受到的安全限制較少，因此在使 用這些輻射源13的情況下可以發(fā)射更多的能量，這樣與其它光譜范圍相 比，范圍有所增加。
在該工作實施例中，在輻射源13的兩側(cè)設(shè)置有兩個用于接收由測量 單元發(fā)射的輻射的檢測器14。發(fā)射和接收部件均使其光學(xué)軸線直接穿過 蓋子12的端面12a,從而在每一端面12a上實現(xiàn)兩個接收孔徑和一個發(fā) 射孔徑。由此，端面12a表示配屬于反射器表面的表面，并且定向為用 于測量所述測量單元。它們可以由光學(xué)透明的材料制造，或者具有相應(yīng) 設(shè)計的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，也可以實現(xiàn)這樣的工作實施例，該工作實施 例包括在端面中心的單一檢測器14和兩側(cè)的每側(cè)上的一個輻射源13。這 種模塊對于相對較大的范圍尤其有利。
用于發(fā)射和接收部件的電子設(shè)備可以設(shè)置在蓋子12的內(nèi)部。在不利
的空間環(huán)境下，也可以使用射束引導(dǎo)元件來替代輻射源13和檢測器14， 這樣，實際的發(fā)射和接收部件可以設(shè)置在其它位置，例如距離三棱鏡10' 更遠的位置。但是，在這種情況下，接近軸線RA的光學(xué)模塊軸線的、 根據(jù)本發(fā)明的有利定位仍然得以保持。
圖7a-c示出了簡單定向的回復(fù)反射器的視圖，其作為根據(jù)本發(fā)明的 目標物體的第二工作實施例，并具有接收孔徑15b。為了設(shè)計發(fā)射和接收 通道，在三棱鏡15的情況下，去除了光學(xué)軸線上的三角以用于形成發(fā)射 孔徑15a，并且打磨或拋光鏡面邊緣之一以用于形成接收孔徑15b。如圖 7a所示，輻射源13a可以隨后被安裝在發(fā)射孔徑15a之后，并且玻璃棱 鏡16可以安裝在接收孔徑15b上，例如通過膠合，從而光學(xué)效果與平行 板的光學(xué)效果相匹配。這種條帶狀的接收孔徑15b容許接收器單元設(shè)計 緊湊、光強度高并且尤其是靠近軸線。已經(jīng)被拋光的鏡面邊緣作為用于 接收通道的支撐元件；另一方面，在三棱鏡的情況下，與圓棱鏡相比， 能夠通過較長的邊緣來增加光透射系數(shù)。
在圖7b和圖7c中示出了組裝狀態(tài)?；厣漭椛銻S通過發(fā)射孔徑15a 朝向測量單元發(fā)送。在本工作實施例中，發(fā)射軸線到反射器軸線RA的 靠近程度是最優(yōu)的。接收單元的軸線相對于反射器軸線RA的定位是緊 湊的，這是由于其存在于反射器的表面中，并且滿足條件"從接收或發(fā) 射部件到軸線RA的距離"小于"反射器表面的平均半徑"。通過測量單元 發(fā)射的輻射ES在被接收后穿過玻璃棱鏡16的出射表面16a，該玻璃棱鏡 16作為通往檢測器的接收通道的元件。發(fā)射準直器和接收準直器也可以 設(shè)置在發(fā)射和接收通道中，且位于改型的回復(fù)反射器之后，并且在必要 時，作為附加模塊也可以調(diào)節(jié)成彼此平行。
圖8示出了第二工作實施例的三棱鏡15的反射器表面。從測量單元 觀察時，可以在反射器表面中識別出光學(xué)發(fā)射孔徑15a和接收孔徑15b。
在圖9中示出了第三工作實施例的改進接收通道中的反射器表面的 改型，其作為具有圓角的三棱鏡。通過拋光回復(fù)反射器15'的三個后邊緣， 形成接收通道的三個入射孔徑15b-d。在圓棱鏡或反射器具有入射表面的 圓角的情況下，三個拋光的邊緣是尤其有利的，這是因為與三棱鏡相比， 有效的檢測表面并沒有減少。然而原則上，這些入射表面也能夠針對它 們的功能進行不同的設(shè)計。尤其是，這些孔徑中的一個也可以被用作另 一個發(fā)射孔徑。原則上，可以因此而自由地選擇四個可行的光學(xué)通道的 功能。如果需要在回復(fù)反射器的中心設(shè)置目標板，則可能需要安裝標記 或適當(dāng)?shù)赝怀鰳擞?，這是由于因三角被打磨掉而使得作為目標板的光學(xué)
十字實際上消失，其中作為目標板的光學(xué)十字用于直至300m的大地測
圖10示出了包括根據(jù)本發(fā)明的目標物體和中心測量單元2"的系統(tǒng) 的功能，其中中心測量單元2"具有共用的發(fā)射和接收光學(xué)系統(tǒng)22。在根 據(jù)本發(fā)明的目標物體的殼體20中，在蓋子21的后側(cè)設(shè)置有回復(fù)反射器， 尤其是帶有被膠合的玻璃棱鏡16和至少兩個成形的光學(xué)通道的三棱鏡 15;這樣，通過位于更后方的輻射源13'或檢測器18發(fā)射的輻射ES能夠 被接收，或者回射輻射RS能夠被發(fā)射。為此，發(fā)射準直器17和接收準 直器19被分別配置給輻射源13'和檢測器14。因此，接收孔徑和發(fā)射孔 徑均位于所發(fā)射的輻射ES的射束橫截面5''內(nèi)或者位于測量單元2''的發(fā) 射和接收光學(xué)系統(tǒng)22的采集范圍內(nèi)。如果根據(jù)本發(fā)明的目標物體配備有 用于基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)的接收器26，則相應(yīng)的數(shù)據(jù)也可以經(jīng)由通信鏈 路進行發(fā)射。目標物體的位置可以通過中心測量單元2"精確地確定，這 樣例如用于不同GPS的數(shù)據(jù)可以由所述測量單元發(fā)射。在此可以有利地 實現(xiàn)進入基準站網(wǎng)絡(luò)的集成，其中所述基準站還可以再是根據(jù)本發(fā)明的 目標物體，也可以為其它類型的接收器或站。目標物體的根據(jù)本發(fā)明的 形成由此容許使用多種測量基準站或基準點，以用于獲得用于定位系統(tǒng) 的修正數(shù)據(jù)。
圖11示出了包括根據(jù)本發(fā)明的目標物體和測量單元2…的系統(tǒng)，其 中測量單元2'〃具有平行設(shè)置的測量光學(xué)系統(tǒng)23和接收光學(xué)系統(tǒng)24，還 可以例如在測量單元2…的可改裝外殼25中設(shè)置接收光學(xué)系統(tǒng)24。如果 測量單元2'"這樣配備有雙軸的接收器系統(tǒng)，則靠近回復(fù)反射器的光學(xué)軸 線設(shè)置的邊緣適于用作發(fā)射通道。在這種情況下，接收器必須被定位在 回復(fù)反射器的中心。發(fā)射和接收通道的布置由此被調(diào)換，即在目標物體
的殼體20'中，部件檢測器18'和接收準直器19'現(xiàn)在被設(shè)置在回復(fù)反射器 15"的經(jīng)打磨的三角的后側(cè)的中心。發(fā)射部件輻射源13"、發(fā)射準直器17' 和玻璃棱鏡16'光學(xué)地存在于穿過回復(fù)反射器15"的邊緣的射束路徑中， 接收單元至反射器的反射中心的靠近程度和作為反射器表面的一部分的 發(fā)射單元的靠近程度是顯而易見的。
附圖僅僅示意性地示出了測量情況、目標物體和測量單元。尤其是， 附圖并未顯示出尺寸關(guān)系或測量的細節(jié)。僅僅以實施例方式示出的目標 物體也表示其它類型的用于測量的結(jié)構(gòu)或限定待測量位置的元件。
權(quán)利要求
1.一種大地測量目標物體，該大地測量目標物體包括至少一個反射器表面，尤其是光學(xué)的回復(fù)反射器；接收通道，其具有用于接收電磁輻射(ES)的檢測器(14，18，18′)和光接收孔徑；發(fā)射通道，其具有輻射源(13，13′)和光發(fā)射孔徑，其中所述輻射源(13，13′)用于發(fā)射已調(diào)制的、尤其是在可見光或紅外線范圍內(nèi)的電磁發(fā)射輻射(RS)，其特征在于，發(fā)射孔徑(15a)和/或接收孔徑(15b，15c，15d)形成具有反射器表面的直接過渡表面，或者具有與所述反射器表面共有的入射表面，尤其是被集成到反射器表面中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的大地測量目標物體，其特征在于，從所述 接收孔徑和發(fā)射孔徑到反射器軸線(RA)的距離小于所述反射器表面的 平均半徑，反射器軸線(RA)被限定為反射中心(RZ)和測量單元(2) 之間的連接線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大地測量目標物體，其特征在于，所 述反射器表面為三棱鏡(10， 10'， 15， 15'， 15")的一部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大地測量目標物體，其特征在于至少兩個 三棱鏡(10， 10')，尤其是六個三棱鏡(10， 10')，所述六個三棱鏡(10， l(T)被成形并設(shè)置成通過所述反射器表面覆蓋360°的極角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的大地測量目標物體，其特征在于，每 個三棱鏡(10， 10'， 15， 15'， 15")分配有至少一個輻射源(13， 13'， 13")和至少一個檢測器(14， 18， 18')，尤其是兩個檢測器(14， 18， 18')。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的大地測量目標物體，其特征在于，每個三 棱鏡(10， l(T， 15， 15'， 15")分配有至少兩個輻射源(13， 13'， 13'0。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的大地測量目標物體，其特征在于，發(fā) 射孔徑和接收孔徑被布置成鄰近至少一個三棱鏡(10， 10')的一側(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的大地測量目標物體，其特征在于，在模塊化的殼體(12)中布置有至少一個輻射源(13)和至少一個檢測器(14)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大地測量目標物體，其特征在于，所述三 棱鏡(15， 15')的至少一個邊緣為接收孔徑(15b， 15c， 15d)的形式。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的大地測量目標物體，其特征在于，用于 引導(dǎo)射束的棱鏡(16， 16')被安裝在所述三棱鏡(15， 15')的至少一個 邊緣上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3、 9或IO所述的大地測量目標物體，其特征在 于，所述三棱鏡(15， 15')的中心為發(fā)射孔徑(15a)的形式，尤其是作 為展平三角的結(jié)果。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大地測量目標物體，其特征在于，所述 三棱鏡(15")的中心為接收孔徑的形式，特別是所述三棱鏡(15")的 至少一個邊緣為發(fā)射孔徑的形式。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的大地測量目標物體，其特征在于， 在三棱鏡(15， 15'， 15〃)的中部，尤其是通過凸起，表示出目標板。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的大地測量目標物體，其特 征在于，發(fā)射準直器(17， 17')和/或接收準直器(19， 19')沿接收方 向布置在所述三棱鏡(15， 15'， 15")之后。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的大地測量目標物體，其特征 在于，用于基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)的接收器(26)。
16. 用于根據(jù)權(quán)利要求8所述的大地測量目標物體的模塊化部件， 該模塊化部件包括殼體(12);接收通道，其具有用于接收電磁輻射(ES)的檢測器(14)和光接 收孔徑；發(fā)射通道，其具有輻射源(13)和光發(fā)射孔徑，所述輻射源(13) 用于發(fā)射已調(diào)制的、尤其是在可見光或紅外線范圍內(nèi)的電磁發(fā)射輻射 (RS);所述發(fā)射孔徑和接收孔徑布置在所述殼體(12)的端面(12a)上。
17. 用于在大地測量中進行數(shù)據(jù)傳輸以確定大地測量目標物體的位 置的方法，包括大地測量單元(2〃， 2"')，其具有測量輻射源；大地目標物體，其具有反射器表面和發(fā)射輻射源(13， 13、 13'')， 所述發(fā)射輻射源(13'， 13")用于產(chǎn)生已調(diào)制的發(fā)射輻射(RS);以及向目標物體發(fā)射具有測量射束軸線和測量射束橫截面(5")的測量輻射(ES);通過所述測量單元(2"， 2…)接收回射的測量輻射； 確定所述目標物體的位置，以及將發(fā)射輻射(RS)帶有數(shù)據(jù)傳輸?shù)卦俅伟l(fā)射至所述測量單元(2: 2…)；其特征在于，用于測量輻射(ES)的接收孔徑和用于發(fā)射輻射(RS) 的發(fā)射孔徑均在所述目標物體處的測量射束橫截面(5")的區(qū)域中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，用于基于衛(wèi)星的定 位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，特別是在包括用于這種定位系統(tǒng)的接收器(26)的網(wǎng)絡(luò) 中的數(shù)據(jù)，通過大地測量目標物體發(fā)射或接收。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大地測量目標物體，包括至少一個反射器表面；具有檢測器(18)的接收通道，其用于接收通過測量單元(2″)發(fā)送的電磁輻射(ES)；以及具有輻射源(13′)的發(fā)射通道。相關(guān)聯(lián)的傳輸端口和/或接收端口被集成入反射器表面或被設(shè)置為與反射器表面鄰接，這樣，被調(diào)制成用于傳輸數(shù)據(jù)的輻射(RS)可以在由測量單元(2″)所產(chǎn)生的輻射(ES)的橫截面(5″)中、沿測量單元(2″)的方向傳輸。
文檔編號G01C15/00GK101198839SQ200680021186
公開日2008年6月11日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月13日
發(fā)明者于爾格·欣德林, 克勞斯·施奈德 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司