车载光电经纬仪不落地测量的实时误差修正方法

　　0　引言

　　传统的车载光学测量设备需要配套的场坪设施,包括作为地基使用的平整钢筋水泥地面以及固定用的地基环。把车载光学设备落在地基上,并与地基环进行固定连接,这个过程称为　　落地。落地对于车载光学设备来说虽然保证了设备的测量精度,但同时也将移动的设备束缚在指定的地点工作,这大大限制了车载光测设备的机动性。想要真正实现车载光测设备灵活、高效及机动的特点,做到不受时间和地域的限制,关键在于实现车载设备的不落地测量,消除地面不平整,设备工作过程中的带动力,甚至风力等外部因素对设备测量数据精度造成的影响。本文借助一种基于双光栅干涉产生莫尔条纹测量扭转角的高精度光学测角方法[1],通过对某型号车载地平式光电经纬仪姿态角度的测量与分析,建立了姿态角度与测量数据之间的关系模型,并用数据处理的手段对车载光电经纬仪测量误差进行实时修正,同时通过星体目标的观测数据验证了这一方法的正确性和有效性。

　　1　姿态角度测量

　　车载光电经纬仪在不落地的情况下,由于载车上的经纬仪并没有固定到地基上,必然会有一定的倾斜角度,而且这个角度会受到外力以及设备运行过程中的带动力影响而发生相应的　　变化,我们将这个角度定义为车载经纬仪的姿态角度。分析空间目标的姿态角度,我们首先需要建立坐标系。将载车上的光电经纬仪看作一个整体,建立垂线测量坐标系ov-xvyvzv,如图1所示,具体定义如下:

　　ov为经纬仪视轴回转中心(三轴交点);ovyv与大地铅垂线重合,指向地球外为正;ovxv为过ov的天文子午面与水平面的交线,指向大地北为正,经纬仪的方位零度与ovxv轴重合;ovzv依据右手定则确定。

　　在垂线坐标系ov-xvyvzv中,绕xv轴的角度变化定义为垂直轴横向倾斜,横向倾斜角θ;面向正北顺时针方向为正,绕zv轴的角度变化定义为垂直轴纵向倾斜,纵向倾斜角ψ;绕yv轴的角度变化定义为偏向角K。

　　车载光电经纬仪姿态角度可以采用CCD激光自准直法及电子测角仪等多种方法测量。图2是一种光学自准直测量方法的部分原理图,通过固定在垂直轴上的两个测量光管测量莫尔条纹宽度变化来测量发射光栅与接收光栅的夹角,本文中使用的姿态角度数据就是通过这种非接触式光电结合的方法测量得到的。

2　误差修正方法

　　得到车载光电经纬仪的横向倾斜角θ、纵向倾斜角ψ以及偏向角K后,根据坐标转换的方法对角量影响进行分析。空间目标直角坐标系(O-XYZ)与极坐标系(O-RAE)的转换公式为: