一種高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)及其標定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)及其標定方法，包括車載平臺和固定安裝于車載平臺上的光電經(jīng)緯儀，該光電經(jīng)緯儀搭載有第一成像裝置；所述高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)還包括搭載有第二成像裝置的電視自準直儀、以及位于電視自準直儀正下方并與地面相對固定的平面反射裝置；所述電視自準直儀垂直固定于光電經(jīng)緯儀底座下方。其標定方法步驟如下：光電經(jīng)緯儀粗調(diào)平；開啟電視自準直儀；在光電經(jīng)緯儀同一水平位置安裝水平放置的平行光管；傾斜車載平臺；轉(zhuǎn)動光電經(jīng)緯儀的方位軸；再次傾斜車載平臺。本發(fā)明簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了垂軸傾角測量的效率。
【專利說明】一種高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)及其標定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種垂軸傾角測量系統(tǒng)及其標定方法，特別適用于不落地工作模式的垂軸傾角測量。
【背景技術(shù)】
[0002]垂軸傾角測量主要用于光電經(jīng)緯儀不落地測量技術(shù)，垂軸傾角直接影響光電經(jīng)緯儀對目標的測量精度，常規(guī)的光電經(jīng)緯儀采用落地工作模式，開始測量工作前先進行經(jīng)緯儀自身的嚴格調(diào)平，以目前的調(diào)平方法可使經(jīng)緯儀的垂軸誤差調(diào)整到3"以下，經(jīng)緯儀的綜合測量誤差可以達到10"以下。而采用不落地工作模式時，由于車體支撐機構(gòu)的剛性和間隙導(dǎo)致了經(jīng)緯儀總是帶有一個較大的垂軸誤差，并且該誤差隨著外界擾動還會不斷變化，經(jīng)過實際測量，由陽光照射、風(fēng)吹、人員走動等外界擾動造成車體垂軸變化可達到3'以上，無法滿足當(dāng)前光電經(jīng)緯儀的測量精度要求，因此必須對經(jīng)緯儀的垂軸晃動誤差即傾角誤差進行實時測量，并進行對測量結(jié)果進行修正補償。
[0003]目前，國內(nèi)采用的傾角測量方法有兩種方法：一種方法是在經(jīng)緯儀底座上安裝整裝式的二維傾角傳感器，通過傳感器測出正交的兩向垂軸誤差。這種方法的主要缺點是傾角傳感器的響應(yīng)速度達不到經(jīng)緯儀車體平臺的變形速度，測量數(shù)據(jù)滯后于車體平臺的傾角變形，所得數(shù)據(jù)無法真實表征車體的高頻變化，通過濾波只能感應(yīng)車體的低頻變形。還有一種方法是光學(xué)非接觸測量方法，采用兩個電視自準直儀對車體的俯仰和橫滾變形進行監(jiān)視(圖1)，通過時統(tǒng)系統(tǒng)將車體的兩個方向的數(shù)據(jù)進行記錄，再用測量數(shù)據(jù)對測量結(jié)果進行補償。但測量工作開始前還需要對自準直儀進行調(diào)水平和調(diào)正交，該方法的優(yōu)點是結(jié)果真實準確，其缺點是測量準備時間太長，不利于工程上對測量系統(tǒng)快速展開、機動測量的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)及其標定方法，旨在簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高垂軸傾角測量的效率。
[0005]本發(fā)明的基本原理是：
[0006]本方法為滿足快速響應(yīng)的特點，采用光學(xué)非接觸式的測量方法，采用一臺電視自準直儀，垂直固定于光電經(jīng)緯儀底座下方，光電經(jīng)緯儀的垂軸晃動會帶動自準直儀的光軸變化，采用水銀水準器進行水平指示，通過電視自準直儀的出射像和水銀水準器的反射像計算經(jīng)緯儀垂軸兩個方向(俯仰和橫滾)的傾斜量。通過經(jīng)緯儀上光學(xué)系統(tǒng)對水平靜止放置的平行光管成像，分別判讀傾斜車體前后兩套光學(xué)系統(tǒng)的成像數(shù)據(jù)，對比二者的判讀數(shù)據(jù)即可計算出兩套坐標系的對準夾角。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008]一種高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)，包括車載平臺和固定安裝于車載平臺上的光電經(jīng)緯儀，該光電經(jīng)緯儀搭載有第一成像裝置；其特征在于：所述高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)還包括搭載有第二成像裝置的電視自準直儀、以及位于電視自準直儀正下方并與地面相對固定的平面反射裝置；所述電視自準直儀垂直固定于光電經(jīng)緯儀底座下方。
[0009]基于上述基本方案，本發(fā)明還進一步作如下優(yōu)化限定和改進：
[0010]上述平面反射裝置采用水銀水準器，從而保證反射面的絕對水平。
[0011]上述光電經(jīng)緯儀還安裝有電子水平儀。
[0012]上述第一成像裝置和第二成像裝置均采用光電傳感器（CXD)。
[0013]對上述高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)進行標定的方法，包括以下步驟：
[0014]( I)光電經(jīng)緯儀粗調(diào)平；
[0015](2)開啟電視自準直儀，電視自準直儀發(fā)出準直光束經(jīng)水銀水準器反射回第二成像裝置；調(diào)整電視自準直儀的安裝位置，使反射光束的像點位置位于第二成像裝置的成像面的中心；
[0016](3)在光電經(jīng)緯儀同一水平位置安裝水平放置的平行光管，第一成像裝置接收來自平行光管的光束，調(diào)整平行光管的架設(shè)位置，使得該光束的像點位置位于第一成像裝置的成像面的中心；
[0017](4)傾斜車載平臺，第一成像裝置和第二成像裝置的成像目標在各自的成像面上
產(chǎn)生位移矢量，記錄坐標變化量分別為（ΛXI，ΛΥ1)、（ΛΧ2，ΛΥ2)，按照下式計算：
【權(quán)利要求】
1.一種高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)，包括車載平臺和固定安裝于車載平臺上的光電經(jīng)緯儀，該光電經(jīng)緯儀搭載有第一成像裝置；其特征在于：所述高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)還包括搭載有第二成像裝置的電視自準直儀、以及位于電視自準直儀正下方并與地面相對固定的平面反射裝置；所述電視自準直儀垂直固定于光電經(jīng)緯儀底座下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)，其特征在于：所述平面反射裝置采用水銀水準器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)，其特征在于：所述光電經(jīng)緯儀還安裝有電子水平儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)，其特征在于：所述第一成像裝置和第二成像裝置均采用光電傳感器。
5.對如權(quán)利要求1所述的高精度垂軸傾角測量系統(tǒng)進行標定的方法，包括以下步驟： (1)光電經(jīng)緯儀粗調(diào)平； (2)開啟電視自準直儀，電視自準直儀發(fā)出準直光束經(jīng)水銀水準器反射回第二成像裝置；調(diào)整電視自準直儀的安裝位置，使反射光束的像點位置位于第二成像裝置的成像面的中心； (3)在光電經(jīng)緯儀同一水平位置安裝水平放置的平行光管，第一成像裝置接收來自平行光管的光束，調(diào)整平行光管的架設(shè)位置，使得該光束的像點位置位于第一成像裝置的成像面的中心； (4)傾斜車載平臺，第一成像裝置和第二成像裝置的成像目標在各自的成像面上產(chǎn)生位移矢量，記錄坐標變化量分別為（Λ XI，ΛΥ1)、（ΛΧ2，ΛΥ2)，按照下式計算： A/),IsXl、,MT、
AO - arc tan (-) - arc tan (-)
AY2'AY\ . (5)轉(zhuǎn)動光電經(jīng)緯儀的方位軸，轉(zhuǎn)動角度為ΛΘ ； (6)再次傾斜車載平臺，記錄本次位移矢量的（ΛΧ1，ΛΥ1)、（ΛΧ2，ΛΥ2)，核實是否ΛΧ1=ΛΧ2、ΛΥ1=ΛΥ2，如果相等，則表明步驟（5)對方位軸轉(zhuǎn)過角度Λ Θ后，光電經(jīng)緯儀的方位編碼器零點與電視自準直儀的成像面坐標對準，即完成標定。
【文檔編號】G01C25/00GK103487013SQ201310407866
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】江波, 郝偉, 鄭志奇, 田雁, 靳虎敏 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所