賈娜++張銳

摘 要：測(cè)角進(jìn)度是事關(guān)光電經(jīng)緯儀定位功能的重要因素。對(duì)光電經(jīng)緯儀的測(cè)角誤差進(jìn)行分析，可以讓這一設(shè)備的測(cè)角精度得到提升。本文主要從光電經(jīng)緯儀的測(cè)角精度誤差問(wèn)題入手，對(duì)這一設(shè)備的測(cè)角精度問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：光電經(jīng)緯儀；機(jī)架系統(tǒng)；測(cè)量精度

中圖分類號(hào)：TH761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0046-02

光電經(jīng)緯儀主要指的是在對(duì)電視測(cè)量技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上，發(fā)揮自動(dòng)跟蹤功能和實(shí)時(shí)測(cè)量功能的測(cè)量設(shè)備。這一設(shè)備主要應(yīng)用于飛機(jī)軌跡、輪船軌跡和一些特種試驗(yàn)場(chǎng)空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量工作之中。光電經(jīng)緯儀的測(cè)角精度主要指的是廣電經(jīng)緯儀測(cè)量目標(biāo)的方位角、俯仰角測(cè)量值與目標(biāo)值的偏離程度。

1 光電經(jīng)緯儀的測(cè)角精度誤差分析

1.1 機(jī)架系統(tǒng)誤差

一般而言，光電經(jīng)緯儀的機(jī)架結(jié)構(gòu)機(jī)架系統(tǒng)的誤差主要由以下幾方面內(nèi)容：一是垂直軸誤差；二是水平軸的誤差；三是視準(zhǔn)軸誤差和編碼器碼盤與軸不垂直的情況下所產(chǎn)生的誤差[1]。其中，垂直軸誤差是在光電經(jīng)緯儀垂直軸偏離鉛垂線角量以后出現(xiàn)的誤差；調(diào)平誤差、垂直軸晃動(dòng)誤差和風(fēng)載溫度等因素引起的誤差都可以被看作是機(jī)架系統(tǒng)的誤差

1.2 測(cè)角單元誤差

測(cè)角單元誤差主要指的光電經(jīng)緯儀的使用過(guò)程中，編碼器在數(shù)據(jù)測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的誤差。編碼器在定向、定零位的過(guò)程中出現(xiàn)的誤差也可以被看作是測(cè)角單元誤差。一般而言，編碼器測(cè)量精度的影響因素主要涉及到了碼盤光柵的質(zhì)量問(wèn)題，掃描信號(hào)的質(zhì)量和信號(hào)處理電路的質(zhì)量等多種因素。

1.3 脫靶量誤差

脫靶量誤差主要指的是目標(biāo)圖象相對(duì)與光軸在靶面的投影中心點(diǎn)的片力量的問(wèn)題。這種誤差通常是在時(shí)候判讀以后得到的。假設(shè)判讀儀所得出來(lái)的脫靶量為X和Y，X和Y的計(jì)算過(guò)程就可以用以下公式來(lái)形容

X=Xm+ΔX0

Y=Ym+ΔY0

在上面的兩個(gè)公式中Xm和Ym主要指的是目標(biāo)在坐標(biāo)系中偏離靶面十字絲中心的量。ΔX0和ΔY0則為十字心中心的誤差值。在對(duì)脫靶量X與Y的對(duì)應(yīng)值進(jìn)行確定以后，相關(guān)人員需要將誤差值轉(zhuǎn)換成目標(biāo)脫靶量的角度值。假設(shè)這目標(biāo)脫靶量的角度值分別為ΔA與ΔE。相關(guān)的物象幾何關(guān)系和函數(shù)關(guān)系，以下公式就成為了脫靶量的簡(jiǎn)化關(guān)系式

ΔA=X/f·cosE

ΔE=Y/f

在上述公式中，ΔA和ΔE主要指的是方位與高低的脫靶量角量；E代表的是目標(biāo)高低編碼器的測(cè)量值。F可以被看作是光學(xué)系統(tǒng)的焦距。

系統(tǒng)布局誤差與光電經(jīng)緯儀的成像光學(xué)系統(tǒng)之間存在著密切的聯(lián)系。一般而言，經(jīng)緯儀編碼器所給出的目標(biāo)角度值主要以經(jīng)緯儀三軸的交點(diǎn)為指向斷點(diǎn)。誤差問(wèn)題產(chǎn)生于光學(xué)系統(tǒng)等效針孔與經(jīng)緯儀三軸交點(diǎn)未實(shí)現(xiàn)有效融合的情況之下。從相關(guān)的研究結(jié)果來(lái)看，這一誤差與光學(xué)系統(tǒng)等效針孔與三軸交點(diǎn)之間的距離之間存在著正相關(guān)的關(guān)系[2]。它也可以隨著脫靶量的增大而增大。

2 光電經(jīng)緯儀動(dòng)態(tài)測(cè)角精度仿真測(cè)量分析

2.1 靶標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真

旋轉(zhuǎn)靶標(biāo)是對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)角精度進(jìn)行檢測(cè)的重要設(shè)備。從誤差理論對(duì)靶標(biāo)的要求來(lái)看，靶標(biāo)的精度需要在被測(cè)量設(shè)備的設(shè)備精度的3至10倍以上。在對(duì)靶標(biāo)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析以后，我們可以發(fā)現(xiàn)，靶標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的誤差源主要涉及到了以下幾方面內(nèi)容：一是軸系晃動(dòng)所帶來(lái)的誤差；二是編碼器動(dòng)態(tài)測(cè)角過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差，三是機(jī)械變形誤差和靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)半錐角、靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角所產(chǎn)生的誤差。其中，靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)半錐角、靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角所產(chǎn)生的誤差已經(jīng)包含在了靜態(tài)誤差的測(cè)量結(jié)果之中。從靶標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)看，在靶標(biāo)參數(shù)一定的情況下，光電經(jīng)緯儀跟蹤的角速度和角加速度會(huì)表現(xiàn)出不可改變的特點(diǎn)。在角加速度滿足系統(tǒng)要求的情況下，角加速度會(huì)表現(xiàn)出難以達(dá)到系統(tǒng)要求的問(wèn)題。在實(shí)際測(cè)量工作中，相關(guān)人員通常會(huì)將角加速度看作是測(cè)量工作的主要依據(jù)。

從光電經(jīng)緯儀的實(shí)際測(cè)量要求來(lái)看，在跟蹤角的角速度高于30°/s的情況下，跟蹤角的加速度高于20°/s2。從光電以跟蹤的方位角速度、方位角加速度變化曲線、俯仰角速度和俯仰角加速度的變化曲線的變化情況來(lái)看，方位角的速度為29.8°/s，方位角加速度為20.0°/s2。光電經(jīng)緯儀跟蹤的俯仰角速度和加速度分別為12.6°/s和12.6°/s2。在這樣的情況下，俯仰角的加速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相關(guān)的要求，對(duì)此，先關(guān)人員需要對(duì)光電經(jīng)緯儀的方位動(dòng)態(tài)測(cè)角精度進(jìn)行測(cè)量。從光電經(jīng)緯儀在靶標(biāo)為41.4°/s的等速運(yùn)轉(zhuǎn)情況分析結(jié)果來(lái)看，光電經(jīng)緯儀可能會(huì)表現(xiàn)出難以正常工作的問(wèn)題，為了對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行解決，相關(guān)人員需要對(duì)靶標(biāo)的正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析。

2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)角精度仿真測(cè)量

在對(duì)靶標(biāo)運(yùn)動(dòng)的精度問(wèn)題進(jìn)行分析以后，我們可以發(fā)現(xiàn)，光電經(jīng)緯儀的動(dòng)態(tài)測(cè)角進(jìn)度的方針測(cè)量工作主要涉及到了以下因素：第一，相關(guān)人員需要借助靶標(biāo)靜態(tài)精度標(biāo)定的步驟對(duì)靶標(biāo)編碼器的的零點(diǎn)進(jìn)行確定。第二，在光電經(jīng)緯儀的安置過(guò)程中，光電經(jīng)緯儀的三軸旋軸中心需要置于靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)光錐的頂點(diǎn)處，并要借助GPS授時(shí)功能對(duì)靶標(biāo)和光電經(jīng)緯儀之間的時(shí)統(tǒng)終端進(jìn)行調(diào)試。在時(shí)統(tǒng)終端調(diào)試工作完成以后，相關(guān)人員可以將靶標(biāo)編碼器的采樣頻率控制在50Hz以內(nèi)，并要讓靶標(biāo)編碼器的采樣頻率與光電經(jīng)緯儀的采樣頻率保持一致性。從跟蹤測(cè)量的仿真結(jié)果來(lái)看，相關(guān)人員可以借助仿真結(jié)果對(duì)靶標(biāo)的等速和正弦運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而讓光電經(jīng)緯儀在靶標(biāo)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)跟蹤靶標(biāo)。在穩(wěn)定跟蹤以后，相關(guān)人員需要借助光電經(jīng)緯儀記錄至少一個(gè)周期的數(shù)據(jù)。在高精度旋轉(zhuǎn)靶標(biāo)建立以前，相關(guān)工作人員主要借助與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)誤差和動(dòng)態(tài)隨機(jī)誤差有關(guān)的測(cè)量方式開(kāi)展測(cè)量，這一測(cè)量方式所應(yīng)用的公式如下所示

σ2=σ2S+σ2r+σ2Δ

在上述公式中，σ指的是光電經(jīng)緯儀的動(dòng)態(tài)測(cè)角誤差，σS主要指的是靜態(tài)測(cè)角系統(tǒng)誤差的均方值，σr表示的是動(dòng)態(tài)隨機(jī)誤差均方值，σΔ主要指的是動(dòng)態(tài)誤差的測(cè)量。

3 提升光電經(jīng)緯儀測(cè)角精度的措施

從測(cè)角誤差的來(lái)源和誤差的分布特性來(lái)看，在對(duì)各項(xiàng)測(cè)角誤差進(jìn)行綜合hu匯總以后，針對(duì)一些高角為65°的點(diǎn)目標(biāo)，電視投影到水平面和垂直面的方位角和俯仰角的均方根誤差需要控制在5.2"以內(nèi)。在焦距得到精確標(biāo)定以后，光電經(jīng)緯儀的指向精度需要控制在2"以內(nèi)。為了對(duì)光電經(jīng)緯儀的測(cè)角進(jìn)度進(jìn)行保障，相關(guān)人員可以對(duì)垂直軸滾道的直徑和水平軸兩軸承的跨距進(jìn)行增加，以便對(duì)光電經(jīng)緯儀在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的晃動(dòng)誤差問(wèn)題進(jìn)行避免。第二，在對(duì)編碼器多個(gè)位置的誤差值進(jìn)行確定以后，相關(guān)人員可以借助擬合的方式對(duì)誤差曲線進(jìn)行分析，進(jìn)而借助差值對(duì)編碼器的輸出值進(jìn)行修正。第三，為了對(duì)光電經(jīng)緯儀的測(cè)角精度進(jìn)行提升，相關(guān)人員也需要讓相機(jī)曝光的中間時(shí)刻與編碼器的采樣時(shí)刻之間保持一致性的特征；第四，相關(guān)人員在光電經(jīng)緯儀的使用過(guò)程中，需要對(duì)相關(guān)修通的跟蹤精度和跟蹤平穩(wěn)性進(jìn)行提升[3]。一些膨脹系數(shù)相對(duì)較小和熱穩(wěn)定性相對(duì)較強(qiáng)的材料可以被應(yīng)用在設(shè)備的主要構(gòu)件之中。

4 結(jié)語(yǔ)

光電經(jīng)緯儀測(cè)量精度的影響因素主要涉及到了機(jī)架系統(tǒng)和系統(tǒng)布局等多方面因素。事后空間指向精度2"是當(dāng)前工藝水平下光電經(jīng)緯儀事后空間指向精度的最佳值。從相機(jī)曝光時(shí)間和系統(tǒng)跟蹤進(jìn)度等因素進(jìn)行優(yōu)化，可以讓光電經(jīng)緯儀的測(cè)角精度得到有效的提升。

參考文獻(xiàn)

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