CN112504218B - 一种大口径光电经纬仪快速调平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利主要针对大口径光电经纬仪快速调平方法，将高精度电子水平仪放置于经纬仪转台上，由“两条相交的线确定一个面”这一几何原理思考研究，建立几何模型，将高精度电子水平仪固定在经纬仪转台上，通过旋转经纬仪转台利用经纬仪调平支腿进行调平，使X、Y两条相互垂直的坐标轴的水平倾斜角相等，完成大口径光电经纬仪的调平工作。本方案简单快捷，调平精度和可靠性高。
Description
技术领域
本发明光学测量技术领域，具体涉及一种大口径的光电经纬仪从转场布置到各项测量过程中的快速调平方法。
背景技术
大口径光电经纬仪是根据当前各类飞行器测量需求现状而研制的光电测量、辐射特性测量设备，用于完成新型飞行器测量工作，光电经纬仪可根据工作情况在国内灵活布站，主要用于测量飞行器、无人机和其他移动、固定“小、远、暗、快”目标的运动轨迹，同时测量目标初始、降落段的飞行姿态，以及对交汇测量目标的实况镜像记录，为实时和事后提供精确数据。目前国内较为相关的研究方向主要集中在：《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所三期创新工程》：三点支撑平台的快速调平研究。
根据测量要求，光电经纬仪经常需要布设临时指定点位，光电经纬仪具备良好的机动性、快速展开撤收、全机高可靠性、操作简单明确。目前国内研制多数车载光电经纬仪，强机动能力，兼顾落地/不落地使用。在不落地模式测量，车载经纬仪已具备一键调平条件，粗调平精度在3′左右(如松软土地、沙石土地粗调平误差相对较大)。因测量需要，光电经纬仪测角精度需满足相关要求，那么事前的经纬仪调平工作是个关键，如调平精度达不到要求，直接影响工作的测角精度，使最终测量数据和实际数据不符，导致测量失败。
现有技术种大口径光电经纬仪的调平采用的是三点调平法，该方法存在下述缺陷，光电经纬仪三个调平顶起机构位于经纬仪转台底部，间隔角度为120°，将高精度电子水平仪置于光电经纬仪转台上，对准调平顶起机构进行旋转读数，用三数之和除以3作为调平目标值，调整调平顶起机构进行调平，但这种调整一个支腿会影响另外两个支腿的读数，那么只能反复循环调整支腿，才能达到调平精度要求，期间会浪费大量的时间；此外，具体实施调平操作时需要三名操作手进行调平，每个人负责一个调平支腿进行调平操作，过多的人员参与使得调平不稳定性凸显。
发明内容
本发明的主要目的是解决现有光电经纬仪读数不便操作时人员数量多影响调平精度的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种大口径光电经纬仪快速调平方法，其在落地/不落地模式下均能使用，具体的技术方案如下：
步骤1、试验前，将高精度电子水平仪固定于光电经纬仪转台表面，旋转光电经纬仪转台测试大口径光电经纬仪三个调平支腿的水平度，将测试最低值所对应的调平支腿设置为Y轴，建立X、Y轴几何模型；
步骤2、将光电经纬仪转台从Y轴旋转90°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，在此基础上再旋转180°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，计算两次旋转高精度电子水平仪测量数值的均值；
步骤3、调整两次旋转测量数值中与较小值相距最近的调平支腿，使得高精度电子水平仪的测量数值接近均值；
步骤4、再将光电经纬仪转台旋转180°，观测其测量数值，若接近均值，即完成X轴的调平，否则重复步骤2、3；
步骤5、将光电经纬仪转台从X轴旋转90°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，在此基础上再旋转180°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，计算两次旋转高精度电子水平仪测量数值的均值；
步骤6、调整Y轴所对应的调平支腿，使得高精度电子水平仪的测量数值接近均值；
步骤7、将光电经纬仪再次旋转180°，观测其数值，若接近均值，即完成Y轴的调平，否则重复步骤5、6。
步骤8、完成X、Y轴的调平后，再次检查四次旋转所记录的高精度电子水平仪是否满足调平要求，如不满足要求重复步骤2-7，直至满足调平需求为止。
进一步的，高精度电子水平仪在关机静止模式时需放置于水平硬质地面上启动，并于启动后15分钟再投入使用，以获得更好的测量效果。
和现有技术相比，本发明的有效收益：
1、通过建立几何模型的方法进行经纬仪调平，避免了调整一个支腿影响其他两个支腿的读数。在旋转经纬仪转台进行读数，调平X轴时两点读数之和除以2就是调平的目标值，调平Y轴时亦是如此，因此减少了反复循环调整支腿的次数。
2、本发明提出的光电经纬仪的使用操作过程减少了操作人员，现有技术需要三名操作手共同参与调平工作，而本方法仅需两名操作手即可，减少了人员多造成的误差，提高调平精度的同时调平工作效率也得到大幅度提高。
3、本发明提出的调平方法在光电经纬仪拖车不能实现自动调平的情况下同样适用，参照此方法进行调整拖车4个粗调平支腿，使拖车倾斜度达到粗调平精度要求。
4、本发明相对于现有技术，在测量任务前能节约40％左右的调平时间，显著的缩短了调平时间，且满足不同模式的使用，适应性提升，有效节约了测试成本。
附图说明
图1是本发明方法大口径光电经纬仪快速调平总设计图；
图2是本发明大口径光电经纬仪快速调平方法示意图；
其中：1-大口径光电经纬仪调平支腿1；2-大口径光电经纬仪调平支腿2；3-大口径光电经纬仪调平支腿3；4-高精度电子水平仪；5-经纬仪转台；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的阐述和说明。
本发明的总体设计思路如图1所示，建立X、Y轴几何模型，1、2、3分别为大口径光电经纬仪的三个调平支腿，几何关系是等边三角形位置关系，用于调整支腿使经纬仪不水平倾斜角满足任务测量要求。旋转光电经纬仪转台测试大口径光电经纬仪三个调平支腿的水平度，将测试最低值所对应的调平支腿设置为Y轴。因为在建立X、Y几何模型调平时Y轴只有一个可调平支腿，为了最大限度利用经纬仪调平支腿限程，所以将测试最低值所对应的调平支腿设置为Y轴。光电经纬仪在调平时先调整X轴，再调整Y轴，避免出现相互干扰。由“两条相交的直线确定一个面”这一几何原理思考研究，建立此模型。
本发明的设计思路如图2所示，θx表示c、e方向的不水平度，θy表示d、f方向的不水平度，当a、b两点任意发生变化θx、θy都会发生变化，当调整c点时，只有θy会发生变化，θx不会发生变化。其变化关系如表1所示，这里先调整a、b点使X轴调整水平，再调整c点，使Y轴水平，使xy两个相互垂直方向的水平轴水平，那么两个相互垂直的水平轴即可可确定水平面。
表1调平支腿和不水平度变化关系
在调整X、Y轴任意一轴时，旋转读数的角度应当精确，使得误差尽量不要太大，否则将影响调平精度，通常控制在±3°内不影响调平精度。
下面是本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤1：试验前，将高精度电子水平仪固定于光电经纬仪转台表面，旋转光电经纬仪转台测试大口径光电经纬仪三个调平支腿的水平度，将测试最低值所对应的调平支腿设置为Y轴，建立X、Y轴几何模型；
步骤2、将光电经纬仪转台从Y轴旋转90°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，在此基础上再旋转180°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，计算两次旋转高精度电子水平仪测量数值的均值；
步骤3、调整两次旋转测量数值中与较小值相距最近的调平支腿，使得高精度电子水平仪的测量数值接近均值；
步骤4、再将光电经纬仪转台旋转180°，观测其测量数值，若接近均值，即完成X轴的调平，否则重复步骤2、3；
步骤5、将光电经纬仪转台从X轴旋转90°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，在此基础上再旋转180°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，计算两次旋转高精度电子水平仪测量数值的均值；
步骤6、调整Y轴所对应的调平支腿，使得高精度电子水平仪的测量数值接近均值；
步骤7、将光电经纬仪再次旋转180°，观测其数值，若接近均值，即完成Y轴的调平，否则重复步骤5、6。
步骤8、完成X、Y轴的调平后，再次检查四次旋转所记录的高精度电子水平仪是否满足调平要求，如不满足要求重复步骤2-7，直至满足调平需求为止。按照此步骤进行调平，即可完成光电经纬仪的快速调平方法。
下面给出两个实施例来进行三点调平法和本发明进行调平实验的对比。实施例是同等试验条件下，由相同的操作人员进行，两个对比试验是两台不同类型的光电经纬仪，一台650毫米口径光电经纬仪、一台450毫米口径光电经纬仪。
实施例1
试验方法，三点调平方法
第一步：在a点使用高精度电子水平仪至零功能观测a、b、c三点数值可得：a：0″、b：-42″、c：-24″。(以下显示数值单位为秒)
第二步：b点调平螺母加28″，观测可得a：-5″、b：-14″、c：-53″。
第三步：c点调平螺母加40″，观测可得a：-17″、b：-46″、c：-13″。
第四步：b点调平螺母加22″，观测可得a：-25″、b：-24″、c：-29″。
第五步：c点调平螺母加3″，观测可得a：-26″、b：-26″、c：-26″。
第六步：锁紧螺母，调精档观测可得a：-51″、b：-55″、c：-54″。
第七步：a点调平螺母减2″，观测可得a：-53″、b：-55″、c：-55″。三点a、b、c数值误差≤3满足试验工作要求。三点调平完毕用时15分35秒。
验证：进行四点验证a：-53″、d：-55″、e：-54″、f：-54″。四点a、d、e、f数值误差≤3″满足试验工作要求。
试验方法，本发明方法
试验步骤：
第一步：使用高精度电子水平仪观测a、b、c三点数值可得：a：22″、b：76″、c：-185″，建立X\Y模型，确认最低点c和对称点e点为Y轴。(以下显示数值单位均为秒)
第二步：首先调平X轴，将转台从c点向右旋转九十度使用高精度电子水平仪观测d点测量数值为149″，在此基础上再旋转180°观测f点数值为166，d：149″、f：166″取平均值157″。
第三步：调整距离d点相近的a支腿，调整后数值为157″。
第四步：将经纬仪转台旋转180°，观测f点数值为156″，d、f数值满足要求，完成X轴调平工作。
第五步：将光电经纬仪转台从X轴旋转90°，观测e点数值为499″记录，在此基础上旋转180°观测c点数值为-185″，e：499″、c、-185″取平均值157″。
第六步：进行调整c支腿，调整后c点数值为157″。
第七步：将光电经纬仪旋转180°，观测e点数值为157″；
第八步：完成X\Y轴调平后进行检查e、f、c、d、数值，经过检查得出：：e：157″、f：156″、c：156″、d：157″，四点数值误差≤3″满足试验工作要求。四点调平完毕用时7分55秒。
实施例2
试验方法：三点调平方法
试验步骤：
第一步：使用车载高精度电子水平仪至观测a、b、c三点数值可得：a：-298″、b：25″、c：144″。(以下显示数值单位为秒)
第二步：a点调平螺母加62″到达限位，观测可得a：-236″、b：无观测、c：107″。
第三步：c点调平螺母减64″，观测可得a：无观测、b：28″、c：43″。
第四步：b点调平螺母减99″，观测可得a：-124″、b：-127″、c：120″。
第五步：c点调平螺母减126″，观测可得a：-60″、b：-70″、c：-6″。
第六步：c点调平螺母减31″，观测可得a：-44″、b：-56″、c：-37″。
第七步：b点调平螺母加9″，观测可得a：-49″、b：-47″、c：-43″。
第八步：c点调平螺母减4″，观测可得a：-47″、b：-43″、c：-47″。
第九步：b点调平螺母减3″，观测可得a：-46″、b：-46″、c：-46″。
第十步：锁紧螺母，观测可得a：-48″、b：-47″、c：-46″。三点a、b、c数值误差≤3满足试验工作要求。三点调平完毕用时11分35秒。
验证：进行四点验证a：-48″、d：-47″、e：-46″、f：-46。四点a、d、e、f数值误差≤3″满足试验工作要求。
试验方法：本发明方法
试验步骤：
第一步：使用高精度电子水平仪观测a、b、c三点数值可得：a：-159″、b：-178″、c：-45″，建立X\Y模型，确认最低点b和对称点e点为Y轴。(以下显示数值单位均为秒)
第二步：首先调平X轴，将转台从c点向右旋转九十度使用高精度电子水平仪观测d点测量数值为-67″，在此基础上再旋转180°观测f点数值为-185，d：-67″、f：-185″取平均值-126″。
第三步：调整距离f点相近的c支腿，调整后数值为-126″。
第四步：将经纬仪转台旋转180°，观测d点数值为-125″，d、f数值满足要求，完成X轴调平工作。
第五步：将光电经纬仪转台从d点轴旋转90°，观测b点数值为-76″记录，在此基础上旋转180°观测b点数值为-178″，取平均值-127″。
第六步：进行调整b支腿，调整后b点数值为-127″。
第七步：将光电经纬仪旋转180°，观测e点数值为-126″；
第八步：完成X\Y轴调平后进行检查e、f、c、d、数值，经过检查得出：：e：-127″、f：-126″、b：-127″、d：-125″，四点数值误差≤3″满足试验工作要求。四点调平完毕用时7分22秒。
Claims (2)
1.一种大口径光电经纬仪快速调平方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、试验前，将高精度电子水平仪固定于光电经纬仪转台表面，旋转光电经纬仪转台测试大口径光电经纬仪三个调平支腿的水平度，将测试最低值所对应的调平支腿为原点，在光电经纬仪转台表面内建立X、Y轴几何模型；
步骤2、将光电经纬仪转台水平旋转90°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，在此基础上再旋转180°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，计算两次旋转高精度电子水平仪测量数值的均值；
步骤3、调整两次旋转测量数值中与较小值相距最近的调平支腿，使得高精度电子水平仪的测量数值等于均值；
步骤4、再将光电经纬仪转台旋转180°，观测其测量数值，若接近均值，即完成X轴的调平，否则重复步骤2、3；
步骤5、将光电经纬仪转台水平旋转90°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，在此基础上再旋转180°，观测高精度电子水平仪测量数值并记录，计算两次旋转高精度电子水平仪测量数值的均值；
步骤6、调整Y轴所对应的调平支腿，使得高精度电子水平仪的测量数值等于步骤5计算所得到的均值；
步骤7、将光电经纬仪再次旋转180°，观测其数值，若接近均值，即完成Y轴的调平，否则重复步骤5、6；
步骤8、完成X、Y轴的调平后，再次检查四次旋转所记录的高精度电子水平仪是否满足调平要求，如不满足要求重复步骤2-7，直至满足调平需求为止。
2.根据如权利要求1所述的一种大口径光电经纬仪快速调平方法，其特征在于，所述的高精度电子水平仪在关机静止模式时需放置于水平硬质地面上启动，并于启动后15分钟再投入使用，以获得更好的测量效果。
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