[发明专利]测量仪器的自动校准

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于测量的系统和方法。本发明具体涉及用于校准大地测量仪器的方法、大地测量仪器及其计算机可读产品。

背景技术

测量领域涉及使用测量角度和距离来确定物体的未知位置、表面或体积。为了进行这些测量，测量仪器常常包括可以集成在经纬仪中的电子测距单元(EDM单元)，从而形成所谓的全站仪。全站仪结合了电子、光学和计算机技术，并进一步设有具有可写信息的计算机或控制单元，所述计算机或控制单元用于控制待进行的测量并用于存储在测量期间获得的数据。优选地，全站仪计算目标在固定的地面坐标系中的位置。例如，在本申请人的专利公布文本WO 2004/057269中，更详细地描述了这种全站仪。

图1中示意性地示出经纬仪，该图在下文中用来说明可能出现在这类测量仪器中的典型误差。该经纬仪100包括：底座，其三脚台105安装在三脚架110上；照准仪115，其安装在底座上用于绕竖直轴线120旋转；以及中心单元125，其安装在照准仪上用于绕水平轴线130旋转。

经纬仪100的中心单元125包括用于瞄准目标的望远镜和光学元件。

就全站仪来说，还可以在中心单元125中设置EDM单元，该EDM单元通常在中心单元的光学轴线的方向上运行，即，沿瞄准线135运行。

在常规的EDM单元中，从也被称作发射机的辐射源发出辐射束，作为朝向目标(或现场)的表面的光线，并且从该表面反射的光束由在EDM单元中的接收机探测，从而产生信号。例如根据飞行时间测量(time of flight measurement)方法或调制相移测量(modulation phase shift)方法来处理探测到的信号，使得能够确定到该表面的距离，即，在EDM单元和目标之间的距离。

测量的准确性部分取决于大地测量仪器的机械稳定性。尤其是，如果该仪器的各轴线相互绝对平行或垂直，那么该仪器会进行准确测量。例如，EDM单元的轴线优选地平行于中心单元的轴线，即，全站仪100的瞄准线135。

由于在仪器的生产或使用期间通常出现仪器轴线与理想位置的某些偏离，因而准确测量取决于对该仪器的各种装置、光通道和/或轴线的对准和校准。例如，光通道可以是瞄准线和/或EDM单元的发射和接收光通道。

下文中，将对准(alignment)和调整(adjustment)与校准(calibration)作区分。校准是这样的过程，在该过程中对参数或仪器设定进行测量，并将它们与参考值进行比较。测量值与参考值之间的差值用于例如使用数学算法来补偿偏离。该偏离可能物理上仍存在，但是该偏离的影响被消除了或者至少被减少了。对准和调整用于例如通过机、电、光补偿来最小化所述偏离。

例如，可能有准直误差(collimation error)，该准直误差在图1中分别由瞄准线在竖直维度(参考竖直轴线的方向)和水平维度(与参考水平轴线垂直的方向)上的竖直偏离ε_v和/或水平偏离ε_h示出。还可能有水平轴线130在与参考竖直轴线垂直的方向上的偏离ε_k。偏离ε_k代表全站仪100的耳轴轴线误差(trunnion axis error)，该偏离在瞄准视平线(horizon)以外的目标时促成误差。

通常，在生产阶段，例如在制造仪器期间，和/或就在准备销售该仪器时，对仪器的不同光通道和轴线进行校准和对准。例如，EDM单元的轴线，尤其是发射机和接收机关于瞄准线的相对位置可以被调整(对准)。另外，可以借助于机械对准来减小如上所述的准直误差。然而，在机械调整之后，还可能存在剩余偏离，该剩余偏离可以被测量且被包含在仪器设定(校准值)中用于补偿。为了测试对准和/或校准是否足够稳定，全站仪还可能受到机械冲击荷载和温度变化。

另外，用户可以根据记载在用户手册中的用法说明进行现场校准。例如，为了提高测量准确性，建议在启动仪器大约十五分钟后进行手动校准，这相当于该仪器预热所需的时间。