一种高精度垂直角横轴倾斜误差补偿方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术的优越性在于，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，本发明专利技术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。

A high precision vertical angle transverse error compensation method

The invention relates to a high-precision horizontal axis tilt error compensation method used for an electronic total station instrument and an electronic theodolite, such as an angle compensation, and a high-precision transverse error compensation method. It is characterized in that the compensation for the horizontal axis tilt error caused by measurement error of vertical angle, the theodolite horizontal axis tilt error as the basic matrix element, rotating matrix rotation process of theodolite to corresponding said finally there are horizontal axis tilt error, real measurement model of theodolite vertical angle. The advantages of this invention, the existing technology adopts a kind of approximate processing model, and the vertical angle with little compensation, the invention provides a coordinate transformation through the establishment of precise mathematical model, and the new model is applied to high precision measurement of theodolite vertical angle, so the compensation high precision, error compensation and wider range on the horizontal axis tilt error of small angle approximation, can use more simple model to compensate, and easy to implement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子类测绘仪器
，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。
技术介绍
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。在本专利技术以前的现有技术中，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小，且进行了大量数学近似处理，忽略了不同误差同时存在时的耦合问题，因此，传统横轴倾斜误差补偿只是一个近似误差补偿模型，并不能精确的反映横轴倾斜对角度测量的影响，而且只适合横轴倾斜误差较小的情况，对于横轴倾斜误差较大时的情况，并不适用。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。
技术实现思路
针对上述现有技术状况，本专利技术的目的在于，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。本专利技术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，本专利技术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(如附图说明图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 iC1 =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.，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，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 β3.根据权利要求1或2任一所述的，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)全文摘要本专利技术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。本专利技术的优越性在于，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，本专利技术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日专利技术者刘春桐, 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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志利，刘春桐，赵晓枫，赵军阳，邓春林，
申请(专利权)人：中国人民解放军第二炮兵工程学院，
类型：发明
国别省市：87