全站仪测距系统误差及处理方法的探讨

测绘技术装备

季刊 第 7 卷 2005 年第 1 期

装备园地 47

全站仪测距系统误差及处理方法的探讨
张强

(河南省测绘产品质量监督检验站 郑州
摘 测距误差的方法。 关键词:全站仪 电子 石英晶体 系统误差 解决方法,

450003)

要:本文通过对全站仪结构原理的阐述,分析了测距系统误差的来源,给出了在实际工作中减小或解决

1 全站仪测距原理简介

同的测时方法,电子测距的方法主要有脉冲法测距、

电子测距的原理就是利用电磁波的直线传播特 干涉法测距、相位法测距。目前,全站仪中运用最 性通过测定电磁波在两点间传播所用时间,利用物 多的测距方法为相位法测距。 理学原理计算出两点间的距离,D=C×t/2。根据不
发射 反 光 镜

相位法测距的基本原理如下图所示:
锁相环 本振

接收

放大

计数器

显示

具体的工作流程如下: 本震荡器产生恒定频率的本震信号,通过锁相 环使主震频率与之保持一固定差,驱动发光管产生 生低频信号经放大后送检相计数器,同早期送到的 位差,然后计算并显示。 测距公式:

型: δ=Asin(2kл×D/Ls+?0) 其中:A 为周期误差的振幅 ?0 为初相 Ls=λ/2 其解决方法是根据周期误差的成因,我们就会 法减小这种误差,防止光电信号窜扰。这就要求在仪 器的设计生产过程中,尽可能地提高整机的屏蔽抗 干扰特性。另外,根据周期误差的特性,求出周期误 差的振幅和初相角,即检定部门给出的周期误差参 数,进行改正计算。
2.2 测距仪加乘常数误差

调制光波经棱镜返射后,由接收器接收,经混频产 (λ为尺长) 基准信号进行比相,得出发射时刻的调制光波的相 明白要想彻底根除周期误差是不可能的,只有想办

D=λ/2(N+△N)=L×(N+△N) L 测尺长
△N 非整波数的尾数
2 全站仪测距系统误差的来源

N 整波数

全站仪是集光学、电子学、计算机技术等学科 2.2.1 加常数误差 为一体的高科技测绘产品。 测距系统误差主要有: 1) 周期误差;2)加、乘常数误差;3)幅相误差。
2.1 周期误差

加常数误差是由仪器的测距部光学零点和仪器 对点器不一致造成的,其现象是对所有测量值都加 入了一个固定偏差。它由两部分构成即仪器常数误

周期误差是指由于测距仪光学和电子线路的光 差和棱镜常数误差。此外,幅相误差也常常影响加 电信号窜扰而使待测距离以精测尺长 LS=λ/2 为周 常数的检测效果,因为仪器幅相特性不好时若内外 期重复出现的误差。在一台测距仪内部,虽然在电路 光路不平衡,则内光路的测量结果不能完全抵消外 设计中使用了多种滤波,抗干扰手段,尽管光学与电 光路测量的延迟,也能产生加常数类似的效果。 子的发射系统和接收系统之间采取了严格的隔离措 2.2.2 乘常数误差 施,但是往往还会有微弱的同频光窜扰和电窜扰存 率窜扰信号。 乘常数误差是由仪器的时间基准偏差造成的, 差。而石英晶体震荡器是测距系统产生时间基准的 在。周期误差就是主要来源于仪器内部的这些同频 其现象是给观测值加入了一个与距离成比例的偏 按照周期误差的规律,我们不难得出其数学模 主要元件,石英晶体震荡器的好坏直接决定了测距

48 装备园地

测绘技术装备

季刊 第 7 卷 2005 年第 1 期 该从多方面分析原因,以判断仪器合格与否。 虽然理论上乘常数误差是由仪器的时标偏差造 果产生影响,如仪器内部的比例改正常数、气象参

精度。所以下面讨论一下石英晶体震荡器的特性。 目前,全站仪中广泛采用石英晶体震荡器作为 有良好的稳定性。

仪器测距的时间标准,因为石英晶体的固有频率具 成的,但是实际上还有诸多因素对乘常数的检测结 晶体震荡器的作用是产生高频测距信号,且它 数误差、幅相误差等。当检验得到的乘常数较大时, 所产生的高频测距信号须具有频率稳定的特点,这 首先进行仪器频率测试验证;当频率测试结果与基 是保证测距精度的一个重要条件。调制频率决定测 线检测结果一致时,对时标频率进行校正即可。否 尺度,它的误差直接影响测距精度。石英晶体调制 则,还要查找其他原因。一般有以下四个方面的原 频率误差的产生是由于安置频率不准确以及晶体老 因:①仪器内部人工比例改正常数丢失;②仪器的 化等原因造成的频率漂移。一般安置频率的准确性 幅相误差严重;③气象参数错误;④仪器气象单位 较高,其对测距的影响较小,而频率漂移所产生的 设置与应用单位不一致。若是原因①,可以使用乘 误差是产生误差的主要根源。石英晶体震荡器的频 常数结果对仪器内部的比例常数进行改正,若是原 率稳定性与石英晶体的温度特性有着密切的关系, 因③、④,应改正设置后重测;若是原因②,应送 而这种关系是非线性的。解决石英晶体震荡器温度 维修部门修理。 补偿的方式主要有两种:①借着硬件方面的技术进 虽然理论上加常数误差是由仪器常数和棱镜常 行误差的改正,就是把晶体放入恒温槽中,改变晶 数构成,但是实际上还有诸多因素对加常数的检测 体的环境温度;②运用微处理器中的存储和运算功 结果产生影响。主要有仪器内部设置错误,仪器内 能,根据频率和温度的关系,对测距仪的示值进行 外光路信号不平衡。对于前者应改正设置重新测量, 精度修正,后者不仅降低了成本,而且提高了精度, 对于后者则应修理。 所以被广大仪器生产厂家广泛运用。
2.2.3 加、常数误差的检验 2.3 幅相误差

幅相误差是因为接收电子线路不完善,回光信 多年发光管老化以及光路特性变化,内外光路的信 全抵消外光路的电路延迟,主要反映在仪器的加乘 常数比较大。如果确定幅相误差大则应送修理部门 修理。
3 结束语

在已经标定的六段基线场上按照全组合在强制 号强弱不同而导致的测距误差。许多仪器由于使用 归心的条件下,观测获得 21 个边长观测值,经气象 差方程式: 改正后跟已知边长值比较后获得一组差值,列出误 号强度不一致,就会导致内光路的测量结果不能完

Vi=D0i-K×di-C (i=1,2,3…)
求出加、乘常数误差。

Vi 残差 K 乘常数

0i 基线值

di 测量值

C 加常数

随着全站仪测绘技术的广泛应用,以及国家对 测绘成果质量的不断重视,全站仪的检测工作显得

2.2.4 加、乘常数误差的处理方法

几年来本人在从事检测过程中,偶尔会遇到一 尤其重要,希望本文能对广大读者提供有益的参考。 些仪器的检测结果加乘常数比较大,对此我们就应

参考文献 [1]JJG100-1994 全站型电子速测仪检定规程.北京:中国计量出版社 [2]JJG703-1990 光电测距仪检定规程. 北京:中国计量出版社 [3]全站仪.武汉:武汉大学出版社 [4]测量学.北京:测绘出版社


相关文档

全站仪测量的误差分析及改进方法浅析
探讨全站仪的应用和测距误差的分析与检测
全站仪测量误差的分析与检测
全站仪角度测量误差探讨
全站仪的误差源分析及测距误差模型的建立
%8d全站仪、测距仪测距误差分布的分析
全站仪数字测图中控制测量与 碎部测量数据同步处理方法研究
应用全站仪测量导线方法与测角中误差分析
全站仪三角高程测量误差来源及影响
全站仪在井下贯通测量中的误差分析
电脑版