4电子测角2.ppt

几何量电子传感测量 武汉大学测绘学院测量工程研究所 叶晓明 全站仪的度盘偏心误差 全站仪的度盘偏心误差是由于全站仪的度盘中心与旋转轴心安装不重合所导致的测角误差。 水平度盘和垂直度盘都有这种误差。 误差形成机理 如图：Oˊ点为度盘的分划中心，O点为照准部旋转中心。 现在设照准某一目标时其实际的角度为θ，即是由照准部旋转中心O点为准的，而正确的角值也应该是θ。 但是实际上由全站仪显示出来的角值却是由Oˊ点为准的，即是角度值θˊ。 θ与θˊ之间的差值即是误差值δ。 由图4-24可知：在ΔOOˊA 中应用三角形的正弦定理有： 又由于θ-θˊ即是偏心误差δ,它的值很小，将上式进行近似处理，则有： 所以： OO′/r为偏心率，统一用A表示,则 δ=Asinθ 为了便于说明问题，假定了度盘零位正好位于OOˊ度盘偏心方向，而实际上度盘零位和OOˊ度盘偏心方向都有一夹角φ，所以实际的度盘偏心误差表达式为δ= Asin(θ+φ) 度盘偏心误差是一个正弦变化的误差，它是随着θ的变化呈周期性的变化。称A、φ为偏心常数。 根据δ= Asin(θ+φ)还可以看出， 仪器设计时考虑选用较大度盘有利于减小度盘偏心误差。 由于误差表达式为正弦函数，那么度盘上相位相隔180度的二点的误差当然就大小相等而符号相反，这就是不论是经纬仪还是全站仪中广泛使用对径读数补偿这一误差的理论根据。 度盘偏心误差是每一个由度盘测角仪器都有的误差，不光是全站仪，还有经纬仪等，也不论是光学度盘还是编码度盘抑或是光栅度盘，都存在度盘偏心误差。 特性 水平度盘偏心误差对2Cr的影响 设影响值为2Cp。当仪器对某一目标做正、倒镜观测时，根据Hz=Hz0+ Asin(Hz0+φ)可以得出仪器测量值为： Hz0左=Hz- Asin(Hz0+φ) Hz0右=Hz+180-Asin(Hz0+180+φ) = Hz+180+Asin(Hz0+φ) 所以2Cp=-2Asin(Hz0+φ)=-2δ 这一规律为检验和校正(补偿)水平度盘偏心误差提示了方向。 同时也提示可以通过正、倒镜读数取其均值抵消水平度盘偏心误差。当然，因竖轴间隙的存在，竖轴旋转时有晃动而微小地改变了偏心元素的值。所以正、倒镜法读数是不可以绝对完全消除度盘偏心误差值的。 水平正倒镜差2Cr的形成不仅包含有视准轴误差C、横轴倾斜误差a、竖轴补偿器横向零点误差αy0的影响，还包含有水平度盘偏心误差的影响成分。 特性(1) 垂直度盘偏心误差对垂直正倒镜差2Qr的影响 设影响值为2Qp。当仪器对某一目标做正、倒镜观测时，根据δ= Asin(θ+φ)可以得出仪器天顶距示值为： Z0左=Z-Asin(Z0+φ) Z0右=360-Z-Asin(360-Z0+φ) =360-Z- Asin(φ-Z0) 对垂直正倒镜差的影响 2Qp= Z左+ Z右-360 =-A [sin(Z0+φ)+ sin(φ-Z0)] =-2AsinφcosZ0 2Qp= Z左+ Z右-360 =-A [sin(Z0+φ)+ sin(φ-Z0)] =-2AsinφcosZ0 这一规律表明，偏心因子的正弦分量Asinφ对垂直正倒镜差Qr产生影响，偏心因子的余弦分量Acosφ对垂直正倒镜差Qr不产生影响。 同时还表明：和水平度盘偏心不同，不可以通过正、倒镜读数取其均值抵消垂直度盘偏心误差。 其次，在天顶距90度和270度的位置度盘偏心误差对垂直正倒镜差Qr的影响为0，但在天顶距90度和270度的位置度盘偏心误差不为0。 垂直正倒镜差2Qr的形成不仅包含有视准轴误差i、竖轴补偿器纵向零点误差αx0的影响，还包含有垂直度盘偏心误差的影响成分。 偏心误差的电子补偿 全站仪电子补偿技术分硬补偿和软补偿。 硬补偿是双光电读数头(传感器)对径读数取其均值实现的，全站仪的度盘对径180°的分划两边各装了一个电子传感器，通过电子传感器把对径分划读数取其均值，从而大大消减度盘偏心误差的影响； 软补偿则是采用全站仪自身的软件补偿，只用一个光电读数头，没有对径读数。 电子补偿(软补偿)技术是全站仪优于经纬仪的一个部分，它是指补偿程序利用内存中存储的偏心常数A和φ根据Asin(Hz0 +φ)或Asin(Z0 +φ)误差规律对测量值进行计算修正。这样经过电子补偿后仪器示值就直接是Hz和Z，而不再是Hz0 和Z0了。由于仪器安装完成后，其度盘的偏心状态是相对稳定的，所以这一办法当然是可行的。 leica公司有些仪器采用了这一技术。 度盘偏心的检验与校正 既然电子补偿是利用偏心常数A和φ进行计算改正，那么获取准确的偏心常数A和φ并存入仪器内存当然就是必不可少的。 检验的过程就是获取的过程，而校正的过程就是偏心常数存入的过程。 如