车载经纬仪的静态指向误差补偿

作者:李增;吴志勇;佟刚;陈涛 刊名:光学精密工程 上传者:徐军岚

【摘要】为了降低载车平台变形对经纬仪静态测角精度的影响,补偿较大变形产生的测角误差,实现移动站弹道测量,分析了平台变形对光电经纬仪静态测角误差影响的基本原理,利用固定在方位轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致的经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,并计算其测量坐标系的变化量。建立了平台中心变形角的底部轮廓图,经过有限的平台变形采样,存入计算机,在计算机中以方位、俯仰角为输入变量建立二维查找表,通过插值计算全方位角和全俯仰角的平台变形量,进行事后补偿。实验结果表明,该方法能够有效地补偿因平台变形而带来最大为142″的测角误差,使方位测角精度提高44″,俯仰测量精度提高8.5″。该方法为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。

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1引言为了拓展测量范围,使经纬仪布网测量的体系结构更为合理,成本更为低廉,车载经纬仪技术应运而生。与传统的经纬仪实现车载运输相比,车载经纬仪不仅以车辆为运输载体,还以载车作为其工作平台,省去繁琐的就位、展开、转场过程,实现移动站弹道测量。作为光电经纬仪的工作平台,载车在到达指定目的地后,要实现自身的调平,即要通过液压支撑系统把载车整体抬起,使橡胶轮胎离开地面,从而隔离来自轮胎的不稳定因素。一般载车都能够满足车载平台在任意方向上的调平精度3;在转台最大的扭矩作用下,载车平台的稳定度50。同时经纬仪在载车上进一步调平,一般能够达到100的精度。此时,如果经纬仪质量比较小,载车平台的刚性也非常好,测角精度相对于地固设备相差就会比较小,但是对于重达几吨的大口径大质量经纬仪,相对于平台的质量比较大,且载车平台的并非绝对的刚体,还会在经纬仪的工作过程中产生弹性形变,随着经纬仪的速度、加速度等工作状态的不同就会产生的不同变形量。但是这种变形量的变化比较慢,相对于经纬仪的工作状态是静态的,可称之为准静态过程。根据文献[1],对于长2.54m的车载平台,它的最大静扰度发生在右侧横梁上,其值为1.368mm,当梁发生最大绕曲变形时,引起车载平台最大变形为282.2。文献[2]采用非接触式的光学测量方法,利用光学成像测量平台,事后经过视频判读处理得到平台的变形量,能够达到1的测量精度。该方法能够测得平台各处的变形量,有利于分析各个影响因素对平台变形量的影响。但是这种方法成本比较高,而且测量周期长,工作量大,很难实现对长时间工作后的平台变形的再次校正测量。无论产生何种变形,都将导致经纬仪测量坐标系的变化,从而影响测角精度。车载式的光电经纬仪对目标的跟踪测量主要采用多站交汇测量,测量的三元素为载车坐标系中的方位角A,俯仰角E,斜距R(在有激光测距仪的情况下),除了要对它们进行零值误差修正,轴系误差修正,还要测出经纬仪因变形而导致的测量坐标系的变化量,从而为经纬仪指向误差的补偿奠定基础。2载车平台变形数据采集系统的设计一般经纬仪都固定在载车平台的中心,平台因为受到不均匀的作用力,就会因变形产生如图1所示的三轴旋转运动,从而产生平台姿态旋转角。一般经纬仪垂直轴系摩擦系数很小,因经纬仪旋转带动而产生的y轴扭曲旋转量非常小[3],不予考虑。x、z轴因经纬仪重力作用而产生的旋转最终导致平台产生弧形的凹陷,这种凹陷变形将会随着经纬仪的工作状态变化而变化。图1载车平台轴向变形示意图Fig.1Figureofvehicularplatformaxisdirectiondeformation然而刚体因变形而产生的姿态角变化量都很小,一般不容易直接测得。由于与经纬仪紧密相连的平台中心位置变形对经纬仪的影响最直接,也就是经纬仪测量精度对其方位轴轴心处对应的平台的变形最敏感。为了研究其对应的变形对经纬仪测量精度的影响,可以认为经纬仪与平台固定处的局部是严格刚性的,因此变形的结果将使经纬仪的工作基准平面偏离水平面,测得它们之间的夹角就等价于测得中心位置平台的变形量,而其它位置的变形量则不予考虑。由于方位轴垂直于经纬仪工作基准面(此处不考虑方位轴的不垂直度)。因此平台的变形最终影响方位轴在空间位置中的指向[4],见图2。图2平台变形对方位轴空间指向的影响Fig.2Effectofplatformdeformationonazimuthaxisorientation双轴倾角传感器输出其固定平面与水平面夹角在两个正交方向上的分量。为此要把倾角传感器置于方位轴的轴心[5],如图3倾角传感器所示。这样倾角传

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