[发明专利]一种高精度垂轴倾角测量系统及其标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂轴倾角测量系统及其标定方法，特别适用于不落地工作模式的垂轴倾角测量。

背景技术

垂轴倾角测量主要用于光电经纬仪不落地测量技术，垂轴倾角直接影响光电经纬仪对目标的测量精度，常规的光电经纬仪采用落地工作模式，开始测量工作前先进行经纬仪自身的严格调平，以目前的调平方法可使经纬仪的垂轴误差调整到3″以下，经纬仪的综合测量误差可以达到10″以下。而采用不落地工作模式时，由于车体支撑机构的刚性和间隙导致了经纬仪总是带有一个较大的垂轴误差，并且该误差随着外界扰动还会不断变化，经过实际测量，由阳光照射、风吹、人员走动等外界扰动造成车体垂轴变化可达到3′以上，无法满足当前光电经纬仪的测量精度要求，因此必须对经纬仪的垂轴晃动误差即倾角误差进行实时测量，并进行对测量结果进行修正补偿。

目前，国内采用的倾角测量方法有两种方法：一种方法是在经纬仪底座上安装整装式的二维倾角传感器，通过传感器测出正交的两向垂轴误差。这种方法的主要缺点是倾角传感器的响应速度达不到经纬仪车体平台的变形速度，测量数据滞后于车体平台的倾角变形，所得数据无法真实表征车体的高频变化，通过滤波只能感应车体的低频变形。还有一种方法是光学非接触测量方法，采用两个电视自准直仪对车体的俯仰和横滚变形进行监视（图1），通过时统系统将车体的两个方向的数据进行记录，再用测量数据对测量结果进行补偿。但测量工作开始前还需要对自准直仪进行调水平和调正交，该方法的优点是结果真实准确，其缺点是测量准备时间太长，不利于工程上对测量系统快速展开、机动测量的要求。

发明内容

本发明提供一种高精度垂轴倾角测量系统及其标定方法，旨在简化系统结构，提高垂轴倾角测量的效率。

本发明的基本原理是：

本方法为满足快速响应的特点，采用光学非接触式的测量方法，采用一台电视自准直仪，垂直固定于光电经纬仪底座下方，光电经纬仪的垂轴晃动会带动自准直仪的光轴变化，采用水银水准器进行水平指示，通过电视自准直仪的出射像和水银水准器的反射像计算经纬仪垂轴两个方向（俯仰和横滚）的倾斜量。通过经纬仪上光学系统对水平静止放置的平行光管成像，分别判读倾斜车体前后两套光学系统的成像数据，对比二者的判读数据即可计算出两套坐标系的对准夹角。

本发明的技术方案如下：

一种高精度垂轴倾角测量系统，包括车载平台和固定安装于车载平台上的光电经纬仪，该光电经纬仪搭载有第一成像装置；其特征在于：所述高精度垂轴倾角测量系统还包括搭载有第二成像装置的电视自准直仪、以及位于电视自准直仪正下方并与地面相对固定的平面反射装置；所述电视自准直仪垂直固定于光电经纬仪底座下方。

基于上述基本方案，本发明还进一步作如下优化限定和改进：

上述平面反射装置采用水银水准器，从而保证反射面的绝对水平。

上述光电经纬仪还安装有电子水平仪。

上述第一成像装置和第二成像装置均采用光电传感器（CCD）。

对上述高精度垂轴倾角测量系统进行标定的方法，包括以下步骤：

（1）光电经纬仪粗调平；

（2）开启电视自准直仪，电视自准直仪发出准直光束经水银水准器反射回第二成像装置；调整电视自准直仪的安装位置，使反射光束的像点位置位于第二成像装置的成像面的中心；

（3）在光电经纬仪同一水平位置安装水平放置的平行光管，第一成像装置接收来自平行光管的光束，调整平行光管的架设位置，使得该光束的像点位置位于第一成像装置的成像面的中心；

（4）倾斜车载平台，第一成像装置和第二成像装置的成像目标在各自的成像面上产生位移矢量，记录坐标变化量分别为（ΔX1，ΔY1）、（ΔX2，ΔY2），按照下式计算：