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浅谈经纬仪的优势

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浏览 次【字号 】 发布时间:2012-8-22 打印本页

经纬仪的优势
现代光电经纬仪具有实时测量、高精度、自动跟踪监控和易于图像再现等优点, 广泛应用于航空、航天、武器试验等科研和军事领域。它的测量精度直接关系到测量结果和试飞结论的准确性, 而测角精度又是光电经纬仪中一项最重要的指标。根据光电经纬仪的工作状态, 其测量误差又可分为静态误差和动态误差。通常在设备的总误差中, 静态误差占据主要部分, 因而是目前研究的重点。光电经纬仪测角精度检测分外场和室内, 在室内常用不同高角的平行光管检测; 光学测量设备外场精度检测主要采用拍星等方法。本文主要针对室内检测分析经纬仪的静态测角误差。

  2 经纬仪静态测角精度室内检测方法

  经纬仪静态测角精度室内检测是采用专用检测架装置来检测。检测架上加装了不同高角和方位角的平行光管, 通过光管中分化板上的像作为无穷远目标, 用 T4 经纬仪测定目标的标定值 (A, E) 与被检经纬仪测量值之差便是测角误差,

 独立检测架中装有一个水平光管, T 型检测架中装有不同高角的光管, 从上至下分别约为 65°,45°, 30°以及水平的光管, 独立检测架与 T 型检测 架方位夹角约为 90°, 各光管的视轴交汇于一点,经纬仪测量时将其垂直轴与水平轴的交点安装在该点附近。检测过程中先用精度高的 T4 经纬仪测得各光管的角度值作为真值, 然后将被检经纬仪测得的各光管角度值作为测量值, 测量值与真值之差即为被检经纬仪的静态测角误差。

  3 经纬仪静态测角精度分析

  导致光电经纬仪产生静态测角误差的主要因素为 3 大误差源, 即轴系误差、编码器误差、判读误差 (脱靶量读取误差)。

     3.1 轴系误差

  轴系误差包括垂直轴误差, 水平轴误差和视轴误差。经纬仪的三轴关系, 垂直轴垂直于水平面, 水平轴应垂直于垂直轴, 视轴垂直于水平轴。

3.1.1视轴差

  经纬仪的视轴与水平轴的不垂直度即为照准差,常用符号 C 表示。当经纬仪存在照准差时, 会给方位角的测量带来误差

将检测架固定在稳定平台上, 检测光管置于检测架上, 并使其水平偏差<10″。接通电源, 照明十字丝, 作为无穷远的目标。在转台表面固定双面镜, 调节镜座使双面镜的法线与垂直轴轴线垂直并大致相交。在检测架上架设 0.2″自准光管, 使其视轴垂直于双面镜。光电经纬仪分别以正镜、倒镜瞄准目标, 即使光电经纬仪的十字丝中心与检测光管的十字丝中心重合, 读 0.2″自准光管水平方向的读数 ( 或读方位编码器的读数) 。正镜、倒镜重复瞄准 3 次得 A 和A′:

  正镜:A= (A1+A2+A3) /3

  倒镜:A′= (A1′+A2′+A3′) /3

  则照准差: C=(A- A′)/2(用 0.2″自准光管读数)

  C= (A- A′±180°) /2 (用方位编码器读数)

  C 为正值表示视轴偏向左立柱;

  C 为负值表示视轴偏向右立柱。

  3.1.2 横轴差

  水平轴和垂直轴的不垂直度为横轴差。在图 2中垂直轴垂直于水平面, 建设水平轴与水平面的夹角为 I, 当 I=0 时视轴绕水平轴旋转所产生的轨迹平面为一个铅垂平面, 当 I≠0 时, 则产生一个倾斜平面。因而产生测角误差△E。根据与照准差类似的方法推导出:

  !E=I×tgE

  式中 E 为目标高角值。

  横轴差的检测与照准差相似。利用图 1 中 T 型检测架的 65°光管作为目标, 光电经纬仪分别以正镜、倒镜瞄准目标, 即使光电经纬仪的十字丝中心与检测光管的十字丝中心重合, 读方位编码器的读数。正镜、倒镜重复瞄准 3 次得 A、A′。

    正镜:A= (A1+A2+A3) /3

  倒镜:A′= (A1′+A2′+A3′) /3

  则横轴差:I= [(A- A′±180) /2- C×secE] /tanE

  式中 E 为光管高角。

3.1.3 竖轴差

  竖轴差包括倾斜和晃动。竖轴偏离铅垂位置成为竖轴倾斜误差, 设竖轴线和铅垂线夹角为 V, 竖轴倾斜引起水平轴不水平因而产生测角误差 β, 由球面三角可得: β=VtgE。经纬仪中都设有调平机构, 使用时要先将仪器调平, 所以在综合计算中不引入竖轴倾斜误差。竖轴晃动可以分解为 2 个方向, 即沿水平轴方向和垂直水平轴方向, 二者分别影响横轴差和高低测角差。检测方法也分为 2 个方向, 分别将电子水平仪沿水平轴方向或垂直水平轴方向放置于经纬仪转台上, 经纬仪转动, 每隔 30°读数, 正转 2 周后再反转 2 周 (因为轴的转速是钢球的 2 倍)

3.2 编码器误差

  编码器误差主要有码盘偏心误差、刻划误差、细分误差以及带动误差等。方位和俯仰编码器分别影响方位和俯仰测角精度, 转换关系为 1∶1, 可以通过多面体检测。

  3.3 判读误差

  误差分为系统误差和随机误差。系统误差可由设备标定后予以修正。随机误差则由构成系统的各环节引入。由于其随机性而无法修正, 是构成综合判读误差的主要来源。随机误差主要包括脱靶量量化误差, 像元分辨率及其误差, 算法误差, 跟踪误差和定位误差等。其中脱靶量量化误差与相机有关,其余误差均与像元分辨率误差有关

3.4 综 述

  在视轴装调良好的情况下 ( 视轴晃动等指标均较小), 影响光电经纬仪测角精度的主要因素是跟踪架误差。可以从以下几个方面提高经纬仪测角精度。

       ( 1) 编码器可以在安装过程中通过多面体检测, 反复调整, 精度可以满足要求。

  (2) 轴系装调过程中, 通过傅里叶级数展开测量轴系晃动, 分析原因尽量减小晃动量。

  (3) 跟踪架装配过程中, 通过修研左右立柱等高等方法减小横轴差。

  (4) 视轴装配时保证视轴垂直水平轴, 装配后在不影响视场的前提下可以通过调整 CCD 来调整照准差。

  (5) 通过俯仰编码器电调零可以修正零位差。

  4 基于 EXCEL 的经纬仪静态测角误差修正

  根据上述分析, 在检测经纬仪静态测角误差时需要进行各单向差的修正。按照各单向差对测角精度的影响将公式嵌入 EXCEL 表中, 直接输入测得角度值即可得出测角误差 (见表 1)。

  表中 1# 光管为图 1 中独立检测架上的光管,2# 光管为图 1 中 T 型检测架中的接近 65°的光管。标定值为高精度 T4 经纬仪对 2 个光管方位, 高低方向的标定结果。被检经纬仪分别以正镜和倒镜瞄准各光管测得方位, 高低角度值输入表中即可

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