车载经纬仪的静态指向误差补偿

　　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2.54 m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。