专利名称：一种高精度垂直角横轴倾斜误差补偿方法
技术领域：
本发明属于电子类测绘仪器技术领域，涉及一种应用于有角度补偿的电子全站仪、电子经纬仪等测绘仪器的高精度横轴倾斜误差补偿方法。
背景技术：
对于电子经纬仪等测绘仪器来说，要进行精确角度测量，其前提是经纬仪的横轴水平、竖轴铅垂，横轴、竖轴与视准轴三轴两两正交。其中，把横轴的不水平度称为横轴倾斜误差(i)，由于在实际测量过程中，横轴倾斜误差总是一定程度的存在，因此，为了获得较高精度的角度测量值，就需要对横轴倾斜误差进行补偿。在本发明以前的现有技术中，传统电子全站仪、电子经纬仪等测绘仪器的横轴误差补偿模型是基于球面三角学原理推导而来，在推导过程中假定了横轴误差很�。医辛舜罅渴Ы拼恚雎粤瞬煌蟛钔贝嬖谑钡鸟詈衔侍猓虼耍澈嶂崆阈蔽蟛畈钩ブ皇且桓鼋莆蟛畈钩ツＰ停⒉荒芫返姆从澈嶂崆阈倍越嵌炔饬康挠跋欤抑皇屎虾嶂崆阈蔽蟛罱闲〉那榭觯杂诤嶂崆阈蔽蟛罱洗笫钡那榭觯⒉皇视�。此外，当前国内外高精度电子经纬仪与全站仪通常只针对横轴误差对水平角的测量影响进行补偿，而对垂直角很少进行补偿。随着技术的进步，以及人们对垂直角测量精度的要求越来越高，由横轴倾斜误差带来的垂直角测量误差也亟需得到补偿。
发明内容
针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，提出一种能够在较大范围内对横轴倾斜误差对垂直方向测角值的影响进行高精度补偿的方法。本发明的基本构思是与现有的基于坐标变换进行方位角测量的思路不同，本发明主要针对由横轴倾斜误差带来的对垂直角的测量误差进行补偿，提供一种垂直角高精度补偿数学模型，将经纬仪的横轴倾斜误差作为基本的矩阵元，将经纬仪测角的旋转过程以相应的旋转矩阵表示，最后得到有横轴倾斜误差存在时，经纬仪垂直角的真实测量模型。其具体步骤如下步骤1 在经纬仪三轴两两垂直的状态下，以经纬仪的横轴、视准轴以及竖轴分别为X、Y、Z轴建立正交直角坐标系；步骤2 当存在横轴倾斜误差i时，经纬仪的三轴发生倾斜(如
图1所示)，所述的横轴倾斜误差i是指一种可检定误差。此时，经纬仪横轴倾斜误差矩阵为
cos/0-sin i
C1 =010,sin i0COS 步骤3 当经纬仪对目标进行观测时，若水平角的测量值为α，竖直角的测量值为 β，则旋转矩阵分别为
权利要求
1.一种高精度垂直角横轴倾斜误差补偿方法，其特征在于针对由横轴倾斜误差带来的对垂直角的测量误差进行补偿，将经纬仪的横轴倾斜误差作为基本的矩阵元，将经纬仪测角的旋转过程以相应的旋转矩阵表示，最后得到有横轴倾斜误差存在时，经纬仪垂直角的真实测量模型。
2.根据权利要求1所述的一种高精度垂直角横轴倾斜误差补偿方法，其特征在于补偿方法的具体步骤如下步骤1 在经纬仪三轴两两垂直的状态下，以经纬仪的横轴、视准轴以及竖轴分别为X、 Y、Z轴建立正交直角坐标系；步骤2 当存在横轴倾斜误差i时，经纬仪的三轴发生倾斜，所述的横轴倾斜误差i是指一种可检定误差。此时，经纬仪横轴倾斜误差矩阵为"cos i0一 sin /"C1 =010,sin i0COSZ步骤3:当经纬仪对目标进行观测时，若水平角的测量值为α，竖直角的测量值为β， 则旋转矩阵分别为Q =r cos α sin α 0Λ -sinα cos α 00VO 00C3 =xy O、0 cos β sin β \0 -sin cos β^步骤4:总的旋转矩阵为rcos or cos/C 二 C3C2C1 = - sin α cos β cos i + sin β sin i sin a sin β cos i + cos β sin isin r一 cos α sinicos α cos ^ sin a cos β sin i + sin β cos i -cos α sin/ 一 sin a sin β sin i + cos β cos ι步骤5 :根据步骤4得到存在横轴倾斜误差时，经纬仪转过的垂直角补偿后真实值α为ar = arctan(-sin a cos β sin i + sin β cos ι) 1Cyj(sin a cos β cos i — sin β sin i)2 + cos2 a cos2 β
3.根据权利要求1或2任一所述的一种高精度垂直角横轴倾斜误差补偿方法，其特征在于步骤5中所述的垂直角补偿后真实值C^在横轴倾斜误差的值很小的时候，(1)式可以简化为α = arctan (tan β cosi+sinisin α )(2)
全文摘要
本发明涉及一种应用于有角度补偿的电子全站仪、电子经纬仪等测绘仪器的高精度横轴倾斜误差补偿方法。其特征在于针对由横轴倾斜误差带来的对垂直角的测量误差进行补偿，将经纬仪的横轴倾斜误差作为基本的矩阵元，将经纬仪测角的旋转过程以相应的旋转矩阵表示，最后得到有横轴倾斜误差存在时，经纬仪垂直角的真实测量模型。本发明的优越性在于，由于现有技术采用的是一种近似处理的模型，且对垂直角很少进行补偿，本发明所提出的是一种通过坐标变换建立的精确的数学模型，并将新模型运用于经纬仪垂直角的高精度测量中，因此补偿精度更高，误差补偿范围更大，在横轴倾斜误差小角度近似的条件下，可以用更为简单的模型来进行补偿，且易于实施。
文档编号G01C25/00GK102155956SQ201110046539
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者刘春桐, 张志利, 赵军阳, 赵晓枫, 邓春林 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院
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