应用高精度全站仪动态标定光学靶标的新方法

　　引 言

　　光学靶标又称可编程动态靶标,是一种在室内对大型光电跟踪测量设备的跟踪精度进行检测的标校装置[1]。它可以在室内模拟外场条件，通过电机的 控制模拟空间目标的各种运动状态，供光电经纬仪、红外跟踪测量设备、电视跟踪测量设备跟踪测量使用。光测设备动态跟踪靶标上的模拟空间目标，并对其空间角 度进行测量，测量的结果与靶标提供的相同位置处的空间角度真值进行比对，从而完成靶标对光测设备的动态标定。

　　现有的动态标定方法有线阵 CCD 标定法和视频判读法。线阵 CCD 标定法是在靶标出射光锥的任意位置，设置一线阵 CCD 测量装置，当靶标的出射光斑扫过线阵 CCD 时，在 CCD 输出信号中可以得到与光斑大小相对应的计数值。对该光斑进行重复性位置计数测量统计，检测其光斑位移，可以实现对靶标的动态标定。该方法需要建立一个已精 确测定的静态光斑数据库，而且需要形成一个具有对称几何形状的理想光斑，这些都具有很大的困难。视频判读法是判读电视图像信息中记录的靶标旋转光锥的运动 轨迹，对光锥形成的轨迹进行统计，找出轨迹变化规律，以便得到靶标的空间角度变化规律。视频判读法不能实现靶标运动时单点位置的精确标定。另外，如果靶标 快速旋转就不能提取电视脱靶量，因此，此方法不能对高速运动的靶标进行标定。为了克服上述标定方法的缺点，我们开发了一种应用瑞士 Leica 公司生产的高精度全站仪对靶标进行动态标定的全新的自动跟踪标定法。此方法实现了靶标动态单点位置的精确标定，得到了靶标高速运动时的轨迹。通过分析标定 数据，证明靶标的动态位置误差小于 5″，满足标定精度要求。

　　1 光学靶标原理

　　光学靶标标校装置如图1 所示，它由平行光管、平面反射镜和高精度编码器组成。平行光管发出的光经平面反射镜反射后与旋转轴线交于 O 点，被检的光电经纬仪放置于 O 点，旋转臂转轴与出射光束之间的夹角为a，旋转臂转轴与水平线之间的夹角为 b。靶标位置的空间角度输出基准是安装在目标旋转轴上的23 位高精度光电编码器，分辨力是 0.154″。通过编码器角度值和目标空间角度的换算关系，我们可以得到用于标定光测设备的目标方位角和俯仰角度值[2]。光学靶标按照球面三角定理给出 了星点目标的方位角A 和俯仰角 E，计算公式如下：

式中R 为靶标旋转臂半径，L 为旋转臂中心点与被检光电经纬仪中心之间的距离，A和E 就是用来标定光电经纬仪跟踪星点目标时的空间角度真值。通过比较同一编码器位置处的靶标提供的方位角A 和俯仰角E 与光电经纬测出的方位角 A′和俯仰角 E′之间的差异，我们就可以得到光测设备的动态测量精度。但是由于靶标在旋转过程中受离心力的作用会产生旋臂长度拉伸变形和旋转轴系晃动等情况，所以其动 态旋转时实际的空间角度值会与理论值存在一定的误差，对于靶标的动态标定就是要确定其动态时的位置误差。自动跟踪标定法通过对靶标旋转时动态重复性的测 量，给出了靶标的动态位置误差，实现了动态标定。