[發(fā)明專利]一種基于豎軸傾斜的經(jīng)緯儀垂直角動態(tài)補償方法

在審

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107860402A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙曉楓;蔡偉;侯傳勛;張志利;李洪才;王振業(yè)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C1/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 閔岳峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子類測繪儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于豎軸傾斜的經(jīng)緯儀垂直角動態(tài)補償方法。

背景技術(shù)

對于電子經(jīng)緯儀等測繪儀器來說，要進行精確角度測量，其前提是經(jīng)緯儀的橫軸、豎軸與視準軸三軸兩兩正交，且橫軸水平、豎軸鉛垂。其中，經(jīng)緯儀的三軸間的正交性是儀器本身的結(jié)構(gòu)要求，是儀器出廠時是否合格的參數(shù)指標之一。而橫軸水平和豎軸鉛垂則是在儀器的使用過程中由操作人員保證，通過調(diào)整經(jīng)緯儀上與橫軸平行放置的水準器，使水準器水泡在正交的兩個方向上都居中，以此來保證經(jīng)緯儀的豎軸鉛垂(橫軸水平)。然而，在野外復(fù)雜環(huán)境下，受客觀環(huán)境條件影響，很難使水準器水泡在正交的兩個方向上同時完全居中，在實際操作過程中，只是將水泡調(diào)整到誤差允許范圍之內(nèi)，而非精確調(diào)平。此時，經(jīng)緯儀的豎軸實際處于傾斜狀態(tài)，因此，會對測角結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差，為了獲取高精度的角度測量值，就需要對豎軸傾斜誤差進行補償。

當前，國內(nèi)外高精度電子經(jīng)緯儀與全站儀所采用的豎軸傾斜誤差補償模型大多基于球面三角學(xué)原理推導(dǎo)而來，在推導(dǎo)過程中假定了豎軸傾斜角度很小，且進行了大量數(shù)學(xué)近似處理，忽略了不同誤差同時存在時的耦合問題，因此，現(xiàn)有誤差補償方法只能對豎軸傾斜誤差近似補償，并不能精確的反映豎軸傾斜對實際角度測量的影響，且只適合豎軸傾斜誤差較小的情況，對于豎軸傾斜誤差較大時的情況，并不適用。

此外，當前國內(nèi)外高精度電子經(jīng)緯儀與全站儀通常只針對豎軸傾斜誤差對水平角的測量影響進行補償，而對垂直角的測量很少進行補償。隨著技術(shù)的進步，以及人們對垂直角測量精度的要求越來越高，由豎軸傾斜誤差帶來的垂直角測量誤差也亟需得到補償。在發(fā)明專利“一種光電經(jīng)緯儀垂直角高精度補償方法”(專利號：ZL 201110051679.3，發(fā)明人：劉春桐、趙曉楓等)中提到的經(jīng)緯儀豎軸傾斜誤差補償方法可以在豎軸傾斜誤差較大的情況下對經(jīng)緯儀所測量的垂直角進行補償，但是該方法在補償時沒有考慮經(jīng)緯儀視準軸誤差和橫軸傾斜誤差，經(jīng)緯儀視準軸誤差和橫軸傾斜誤差會與豎軸傾斜誤差產(chǎn)生耦合，共同對經(jīng)緯儀垂直測角精度產(chǎn)生影響。由于經(jīng)緯儀視準軸誤差和橫軸傾斜誤差是經(jīng)緯儀固有誤差參數(shù)，幾乎每臺經(jīng)緯儀都存在，因此該專利所提到的垂直角補償方法還存在一定局限性，其補償精度有待進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明的目的在于提供了一種基于豎軸傾斜的經(jīng)緯儀垂直角動態(tài)補償方法，該方法考慮經(jīng)緯儀的視準軸誤差和橫軸傾斜誤差，能夠在較大范圍內(nèi)對經(jīng)緯儀豎軸傾斜誤差對垂直方向測角值的影響進行高精度實時動態(tài)補償。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種基于豎軸傾斜的經(jīng)緯儀垂直角動態(tài)補償方法，包括：

在平行于經(jīng)緯儀橫軸和與橫軸垂直的水平方向分別安置兩個電子水準器，將經(jīng)緯儀的豎軸傾斜角度用經(jīng)緯儀橫軸方向和與橫軸垂直的水平方向的傾斜角來表征，所述的橫軸方向傾斜角和與橫軸垂直的水平方向的傾斜角為相應(yīng)方向上電子水準器的測量輸出，以這兩個方向的傾斜角作為矩陣元建立經(jīng)緯儀豎軸傾斜時的初始矩陣，將經(jīng)緯儀視準軸誤差、橫軸傾斜誤差、實測水平角和垂直角作為矩陣元，經(jīng)緯儀測角的旋轉(zhuǎn)過程以相應(yīng)的矩陣表示，得到經(jīng)緯儀視準軸的空間矢量指向，最后得到有豎軸傾斜誤差存在時，經(jīng)緯儀垂直角的真實測量模型。

本發(fā)明進一步的改進在于，具體包括如下步驟：

步驟1：建立基準坐標系為O-X₀Y₀Z₀，原點O為經(jīng)緯儀三軸的交點，Z₀軸與測站水平面垂直，X₀軸和Y₀軸位于水平面內(nèi)，Y₀軸指向大地北，X₀軸與Y₀軸和Z₀軸分別正交，組成右手坐標系；

步驟2：在實際測量過程中，當經(jīng)緯儀豎軸發(fā)生傾斜時，在經(jīng)緯儀橫軸和與橫軸垂直水平方向上形成的傾斜角度分別為v_x,v_y，橫軸傾斜角度v_x以及與橫軸垂直水平方向傾斜角度v_y是指通過相應(yīng)方向上安置的電子水準儀實時測量的角度，此時，由經(jīng)緯儀豎軸傾斜而產(chǎn)生的初始變換矩陣為：

步驟3：若經(jīng)緯儀橫軸傾斜誤差為i，視準軸誤差為C，當經(jīng)緯儀對目標進行觀測時，水平角實際測量值為α′，豎直角的實際測量值為β′，考慮到經(jīng)緯儀的旋轉(zhuǎn)測量順序則旋轉(zhuǎn)矩陣分別為：