下载文档原格式
激光经纬仪的使用方法激光经纬仪是一种用于测量和标注地面水平和垂直线的仪器，广泛应用于建筑、道路施工、地质勘探等领域。
正确的使用方法可以确保测量结果的准确性和工作效率。
下面将介绍激光经纬仪的使用方法。
1. 准备工作。
在使用激光经纬仪之前，首先需要进行准备工作。
确保仪器处于良好的工作状态，包括电池电量充足、激光发射器和接收器清洁无污损、底座稳固等。
同时，选择合适的工作时间和天气条件，避免强烈阳光、雨雪等不利影响测量的天气。
2. 设置基准点。
在进行测量之前，需要选择一个合适的基准点，通常是工程的参考点或者已知的水平线。
将激光经纬仪放置在基准点上，并调整水平仪使其水平。
确保基准点的稳固和准确性对后续测量结果非常重要。
3. 标定激光线。
在确定了基准点之后，需要进行激光线的标定。
打开激光发射器，并调整激光线的高度和方向，使其在需要测量的区域内形成清晰的水平或垂直线。
在标定过程中，需要注意避免激光线受到外界干扰，确保其稳定和准确。
4. 进行测量。
当激光线标定完成后，即可进行测量工作。
使用接收器在需要测量的位置接收激光线，并根据接收器上的指示进行调整，使其与激光线重合。
根据测量需求，可以进行水平距离、垂直高度、角度等多种测量。
5. 记录和标记。
在完成测量后，需要及时记录测量结果并进行标记。
可以使用标尺、标记笔等工具，在地面或者其他测量对象上进行标记，以便后续工作的参考和使用。
6. 注意事项。
在使用激光经纬仪的过程中，需要注意一些事项以确保测量的准确性和安全性。
比如，在使用激光线时，需要避免直接注视激光，以免对眼睛造成伤害。
同时，需要注意避免激光线受到外界干扰，确保测量结果的准确性。
总结。
激光经纬仪作为一种精密测量仪器，在工程施工和科研领域有着广泛的应用。
正确的使用方法可以确保测量结果的准确性和工作效率。
在使用激光经纬仪时，需要做好准备工作，设置基准点，标定激光线，进行测量，并及时记录和标记测量结果。
同时，需要注意一些安全事项，确保测量过程的安全和准确。
经纬仪原理及⾓度测量⽅法经纬仪原理及⾓度测量⽅法经纬仪原理及⾓度测量⽅法内容：理解⽔平⾓、竖直⾓测量的基本原理；掌握光学经纬仪的基本构造、操作与读数⽅法；⽔平⾓测量的测回法和⽅向观测法；掌握竖盘的基本构造及竖直⾓的观测、计算⽅法；掌握光学经纬仪的检验与校正⽅法；了解⽔平⾓测量误差来源及其减弱措施及电⼦经纬仪的测⾓原理及操作⽅法。
重点：光学经纬仪的使⽤⽅法；⽔平⾓测回法测量⽅法；竖直⾓测量⽅法；难点：光学经纬仪的检验与校正。
§ 3.1 ⾓度测量原理⾓度测量(angular observation) 包括⽔平⾓(horizontal angle) 测量和竖直⾓(vertical angle) 测量。
⼀、⽔平⾓定义从⼀点出发的两空间直线在⽔平⾯上投影的夹⾓即⼆⾯⾓，称为⽔平⾓。
其范围：顺时针0°～360°。
⼆、竖直⾓定义在同⼀竖直⾯内，⽬标视线与⽔平线的夹⾓，称为竖直⾓。
其范围在0°～±90°之间。
如图当视线位于⽔平线之上，竖直⾓为正，称为仰⾓；反之当视线位于⽔平线之下，竖直⾓为负，称为俯⾓。
§ 3.2 光学经纬仪（optical theodolite ）经纬仪是测量⾓度的仪器。
按其精度分，有DJ6 、DJ2 两种。
表⽰⼀测回⽅向观测中误差分别为6"、2"。
⼀、DJ6 光学经纬仪的构造DJ6 光学经纬仪图1、照准部(alidade)2、⽔平度盘(horizontal circle)3、基座(tribrach)⼆、J6的读数⽅法1、J6 经纬仪采⽤“分微尺测微器读数法”，分微尺的分划值为1ˊ，估读到获0.1ˊ( 即：6") 。
如图，⽔平度盘读数为：73°04ˊ24"。
2、“ H ”——⽔平度盘读数，“ V ”——竖直度盘读数。
三、J2 光学经纬仪的构造如图与J6 相⽐，增加了：1、测微轮——⽤于读数时，对径分划线影像符合。
电子经纬仪操作要点
一、安置仪器：
1、对中---把三脚架大致水平展开，仪器放在三脚架上，长按“左/右”键，会有红色激光从经纬仪底部射出，在三脚架上平移照准部，使激光束对准待测点，达到对中，此时拧紧螺栓，使仪器在三脚架上固定。
2、粗平---通过伸缩三脚架三个腿部的长度使经纬仪圆水准气泡居中达到粗平。
3、精平---转动照准部，旋转脚螺旋，使管水准气泡在相互垂直的两个方向居中。
注意：反复操作前三个步骤，在对中、粗平、精平都符合标准时方可进行下面步骤。
二、照准目标：
用瞄准器粗略对准---水平制动、竖直制动----水平微动、竖直微动----达到准确的对准目标
三、读数：
照准目标后，双击“置零”键，则屏幕中水平角读数的位置显示为0，此事松开水平制动、竖直制动螺旋，旋转照准部，对准第二目标后读数。
注意：①当屏幕中水平角位置的读数显示“水平右”时，顺时针转动仪器，显示的读数即为转动的角度；逆时针转动仪器，显示的读数值为：（360度－转动的角度）。
②当屏幕中水平角位置的读数显示“水平左”时，逆时针转动仪器，显示的读数即为转动的角度；顺时针转动仪器，显示的读数值为：（360度－转动的角度）。
③单击“左右”键，可以进行“水平右”和“水平左”的转换。
经纬仪的原理与使⽤讲解经纬仪的原理与使⽤⼀．⾓度测量的原理及相关基本概念⾓度测量包括⽔平⾓测量和竖直⾓测量，其中⽔平⾓测量是⽤于测量地⾯点的位置，竖直⾓测量是⽤于间接测定地⾯点的⾼程。
（⼀）⽔平⾓的测量原理⽔平⾓概念：从⼀点到两⽬标的⽅向线垂直投影在⽔平⾯上所成的⾓，β。
如书图3－1。
为了测定⽔平⾓β，那么可设想在过⾓顶B点上⽅安置⼀个⽔平度盘，⽔平度盘上⾯带有顺时针刻划、注记。
我们可以在BA⽅向读⼀个数n，在BC⽅向读⼀个数m，那⽔平⾓β就等于m减n，⽤公式表⽰为β＝右⽬标读数m－左⽬标读数n⽔平⾓值为0～360°。
（⼆）竖直⾓的测量原理竖直⾓概念：测站点到⽬标点的视线与⽔平线间的夹⾓，⽤α表⽰。
如书图3－2：α为AB⽅向线的竖直⾓。
其值从⽔平线算起，向上为正，称为仰⾓，范围是0°～90°；向下为负，称为俯⾓，范围为0°～－90°。
天顶距概念：视线与测站点天顶⽅向之间的夹⾓，图3－2中以Z 表⽰，其数值为0°～180°，均为正值。
与竖直⾓的关系：α＝90°－Z为了测定天顶⾓或竖直⾓，那我们同测⽔平⾓类似，在A点安置⼀个竖直度盘，同样是带有刻划和注记。
这个竖直度盘随着望远镜上下转动，瞄准⽬标后则有⼀个读数，那此读数就为竖直⾓。
根据上述⾓度测量原理，研制出的能同时完成⽔平⾓和竖直⾓测量的仪器称为经纬仪。
经纬仪按不同测⾓精度⼜分成多种等级，如DJ1、DJ2、DJ6、DJ10等。
D、J为“⼤地测量”和“经纬仪”的汉语拼⾳第⼀个字母，数字表⽰该仪器测量精度。
DJ6表⽰⼀测回⽅向观测中误差不超过±6″。
⼯程中常⽤的精度有2″、6″和10″。
⼆．DJ6型光学经纬仪（⼀）基本构造：照准部，⽔平度盘，基座（⼆）读数⽅法：最常见的读数⽅法有分微尺法、单平板玻璃测微器法和对径符合读法。
下⾯分别说明其构造原理及读数⽅法。
1．分微尺法分微尺法也称带尺显微镜法，多⽤于DJ6级仪器。
经纬仪和水准仪的操作规程一、经纬仪操作规程1、操作前技术准备(1)熟悉施工图纸：主要了解拟建工程的规划红线控制点的位置，与原有建筑物之间的关系。
(2)确定测量方案：根据拟建建筑物的平面定位的情况，确定出测量方案。
方案一：根据附近原有建筑物或构筑物进行定位。
方案二：根据城市规划部门测定的道路中心线、规划红线或场地平面控制网定位。
2、操作前仪器准备(1)选择满足测量精度要求的经纬仪。
(2)经纬仪必须经过检定部门检定合格，并且在检定有效期内(经纬仪的检定周期为12个月)。
(3)操作人员具有一定的专业业务知识，明确测量方案并熟悉仪器的操作要领。
3、经纬仪的操作(1)对中用经纬仪观测水平角，应先将仪器安置在角的顶点上，先将三脚架张开，使其高度适中，架头大致水平，大致垂直于角点。
然后装上仪器,旋上连接螺旋(不必太紧)，伸缩仪器上光学对中器的长度，使图象清晰,旋转对中器螺旋，使分划板清晰，双手扶基座，在架头上移动仪器，使角点处于对中器刻划圈之内。
然后调整仪器的三个脚螺旋，使圆水准器水泡居中，完成粗略整平。
观察光学对中器，重新进行上述对中过程。
(2)整平整平时，先转动照准部，使照准部水准管与任一对脚螺旋的连线平行，两手相向转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。
将照准部转动90度，使水准管与原来两个脚螺旋的连线垂直，转动第三个脚螺旋，使气泡居中。
然后照准部转回原位置，检查气泡是否仍然居中。
若不居中则应按以上步骤反复进行，直到照准部转至任意位置气泡皆居中为止。
整平误差，即整平后气泡的最大偏移量不能超过一格。
(3)瞄准、读数先松开望远镜的水平制动螺旋和垂直制动螺旋，调节目镜使十字丝清晰。
然后通过望远镜上的瞄准器瞄准目标，使目标成像在望远镜视场中央部位。
旋紧望远镜水平和垂直制动螺旋，转动望远镜对光螺旋，使目标成像清晰。
最后用望远镜水平和垂直微动螺旋精确瞄准目标读取数据。
(4)校核当建筑物的控制点全部测设完毕后，对建筑物整个控制网做闭合，其误差必须在规范允许范围内。
《光电测量技术》课程读书报告院（系）名称：电气工程及自动化学院专业名称：自动化测试与控制系学生学号：学生姓名：指导教师：哈尔滨工业大学2016年11月第1 章绪论. ............................................. 错误! 未定义书签。
1.1 课题背景及研究意义 01.2 国内外光电经纬仪技术的研究现状 01.3 光电经纬仪测速方法和应用现状 (2)1.4 报告主要研究内容及结构安排 (2)1.5 本章小结 (3)第2 章跟踪测量理论基础. ..................................... 错误! 未定义书签。
2.1 常用坐标系及坐标转换 (4)2.1.1 地心坐标系 (4)2.1.2 跑道坐标系 (4)2.1.3 测量坐标系 (5)2.1.4 辅助坐标系 (5)2.2 直角坐标系之间的转换 (5)2.3 目标空间定位方法 (6)2.3.1 单站定位 (6)2.3.2 双站交会定位 (7)2.3.3 纯测距信息定位 (7)2.4 本章小结 (7)第3 章光电跟踪测量. ...................................... 错误! 未定义书签。
3.1 激光测距仪 (9)3.2 单站双站综合测量 (9)3.3 本章小结 (10)参考文献. ................................................ 错误!未定义书签。
第1 章绪论1.1 课题背景及研究意义现代化靶场上的武器控制系统、激光通讯设备或者是天文观测仪器中，为了迅速地发现并精确地跟踪目标，都需要安装光电捕获跟踪与瞄准装置。
光电经纬仪作为既能记录目标的运动姿态，又能实现对目标高精度空间测量的靶场光电跟踪测量设备，具有测量精度高、事后可复现、直观性强等优点，因此，在靶场跟踪测量领域得到了广泛的应用[1]。
为了精确地跟踪运动目标，一旦确定运动目标之后，需要将目标的运动轨迹以及运动状态记录下来。
而运动目标的外弹道测量数据主要包括两方面的内容：第一，运动姿态；第二，弹道数据：如目标在各跟踪测量时刻的空间位置坐标、速度、距离、航迹倾角、航迹偏角等等[2]。
得到目标在当前时刻的速度，对于分析目标的空间运动特性、几何特性、物理特性以及后续跟踪测量时刻对目标的识别、运动过程的模拟仿真、航迹测量等具有非常重要的意义[3]。
在靶场试验中，光电经纬仪对运动目标进行跟踪测量时，只能测得目标在各跟踪时刻的方位角和俯仰角，不能直接输出目标的速度测量值。
因此，本文主要针对光电经纬仪不能直接测得跟踪目标的速度值这一问题，开展了光电测量仪器的测速误差分析及提高精度方法这一研究。
利用光电经纬仪输出的方位角和俯仰角的角度值，以及加装激光距仪输出的目标距光电经纬仪的距离，采用相应的数学算法获取目标的速度、加速度与测量时间的函数关系，据此外推目标在下一时刻的空间位置坐标、速度和加速度等运动参数[4]。
将目标的速度参数反馈给光电经纬仪自身的伺服控制系统，作为目标继续跟踪捕获的参考。
这在光电跟踪测量领域中，对提高光电经纬仪的跟踪测量精度具有非常重要的现实意义，也是今后该领域研究的目标和方向。
1.2 国内外光电经纬仪技术的研究现状光电经纬仪作为现代化靶场最基本的光电测量仪器，被广泛应用于航空航天以及武器试验等军事科研领域。
从60 年代初期开始，国内的一些研究所和高校开始自己研制靶场试验专用光电经纬仪。
其中，最具有代表性的研制单位是长春光机所和成都光电所，这两个研究所研制的靶场专用大型光电经纬仪代表了国内光电经纬仪技术的最高水平[5]。
图1.1 光电经纬仪60 年代中期，长春光机所就己经研制了第一台光学电影经纬仪。
60 年代末，第二台光学电影经纬仪成功问世，这台经纬仪安装了光学轴角编码器，并且可以实时地对外输出测量角度值。
在70 年代生产的经纬仪，己经采用激光测距仪实现激光测距的功能，并且安装有电视实时记录目标序列图像[6]。
80年代中期的第四代光学电影经纬仪，己经采用集成电路、微处理机等技术，可以实现变焦距捕获电视、红外、程序引导等多种跟踪手段，并且具有跟踪精度高、测量距离远等优点。
如今，在崭新的21 世纪，长春光机所所生产的全新光电经纬仪不仅安装了全波段传感器，而且具有大口径、测量精度高、作用距离远的优点，能够全天候的工作，并且具有一定的对抗功能，在靶场光电跟踪测量领域，光电经纬仪己经成为了必不可少的试验工具。
国外的导弹试验靶场配备的光电经纬仪不仅数量多、测量精度高，而且更新换代速度非常快。
图1.2 是美国的靶场光电经纬仪正在对发射的导弹进行跟踪测量试验的图片。
图1.2 国外的光电测量系统早在1791年，英国的威廉•康格里夫就在英格兰伍尔威奇兵工厂用小型望远镜跟踪了射程高达4570m的“康格里夫”火箭。
而真正开创了光学测量界先河的是美国的戈达德夫人，她在1926年，用锡尼柯达摄影机对罗伯特H-戈达德博士的液体火箭研制过程做了摄影记录⑺。
1937年，德国的冯布劳恩用阿斯卡尼亚经纬仪加装16mm勺摄影机，用于320公里试验射程的V-2 火箭轨迹的拍摄。
在1940年，第一台电影经纬仪(KTH-41) 正式装备德国的佩内明德试验靶场。
至20世纪70年代初，美国的太平洋导弹靶场就己经装备了23台电影经纬仪，而大西洋导弹靶场仅次于太平洋导弹靶场。
1993年，美国的Boeing Duluth 公司研制出了高性能光电测量系统，它具有反应速度快、体积小、质量轻等特点。
国外光电经纬仪的型号主要有KTH-500，RA-SUM，EOTS，GEODS，SK-400 ，RADO，KINETO MAST等⑹在现代化靶场上，光电经纬仪的工作状态主要有两种：固定站形式和活动站形式。
而活动站的工作状态又分为两种：一种是把光电经纬仪安装在车载平台上；一种是把光电经纬仪直接安装到轮船的甲板上。
国内靶场的光电经纬仪大都采用固定地基式的工作方式，这种安装方式虽然机动性能差，但钢筋混凝土结构的地基可以使光电经纬仪平稳地工作，且带动误差小。
因此，光电经纬仪在跟踪测量过程中产生的测量误差也比较小。
本文主要的研究对象是新型具有激光距功能的固定站式大型光电经纬仪。
1.3 光电经纬仪测速方法和应用现状在靶场上，光电经纬仪对目标进行跟踪测量时，跟踪精度与响应速度是其实现精密跟踪的关键，而获取目标的运动特性是跟踪系统的主要技术要求。
其中，目标的运动特性主要包括目标的距离、空间位置坐标、速度及加速度等。
因此，获得目标的速度并提高其测量精度，这在光电经纬仪的目标跟踪测量过程中具有非常重要的意义。
通过阅读大量的国内外文献：发现以往光电经纬仪对目标进行跟踪测量试验时，对目标的测速方法和测速精度方面的研究，都是基于目标图像处理或姿态测量等问题，没有进行过系统的研究，并且从没有在真正的意义上提出过测量目标速度及提高其测量精度等方面的研究课题。
而且在光电经纬仪的跟踪测量系统技术指标一览表上，也从没有提出过其对目标速度的测量精度这一技术指标。
因此，通过光电经纬仪输出的测量数据，计算测量目标的速度、对测速误差来源进行分析及提出提高测速精度的方法显得尤为重要。
由于光电经纬仪不能直接输出运动目标的速度，因此，为了获取跟踪目标的速度及其测量精度，需要对光电经纬仪输出的测量数据进行数据处理。
首先，根据光电经纬仪输出的测量数据计算目标的空间位置坐标。
其次，采用曲线拟合的方法拟合目标的运动轨迹。
最后，对目标的轨迹函数进行微分运算，即可得到对应的速度值。
综上，获得了目标的速度值之后，根据函数误差传递原理及误差合成原理分析经纬仪测量误差对速度精度的影响因子。
1.4 报告主要研究内容及结构安排本文主要针对靶场试验用光电经纬仪不能实时输出跟踪目标的速度这一问题展开研究。
利用光电经纬仪输出的目标方位角、俯仰角以及目标距离信息，首先通过坐标计算和坐标转换得到目标的空间位置。
其次，采用相应的曲线拟合算法得到目标的运动轨迹曲线函数。
最后，通过微分运算得到目标的速度，并分析测速误差的来源，及测量误差对测速精度的影响因子。
因此，本论文的主要研究内容包括以下五个章节：第一章为绪论。
主要介绍了本课题的研究背景和意义，以及光电经纬仪技术的研究现状。
重点分析了光电经纬仪测速方法、理论及应用的研究现状和问题。
最后介绍了本文的主要研究内容及结构安排。
第二章主要介绍了目标跟踪测量的理论基础。
首先阐述了目标空间定位过程中常用的坐标系及其坐标转换方法。
其次论述了目前常用的目标空间定位方法及理论，为后面第三章的研究内容做好了铺垫。
最后是对第二章节的总结，阐述了基础理论知识的重要性。
第三章给出了测量目标速度的相关算法。
通过第二章对于不同分类方法的介绍，提出了光电跟踪测量中目标空间定位的方法一单站双站综合测量方法，在一定程度上提高了空间定位精度，减小了测速误差。
其次，提出了采用三次样条插值方法拟合目标运动轨迹。
区别于之前的方法，减少了因轨迹拟合过程中带来的拟合残差，使后续对速度的误差分析变得更加简单。
1.5 本章小结本章主要介绍了报告的研究背景和意义、国内外光电经纬仪技术的研究现状，以及光电跟踪测量系统测速的方法、理论应用和工程应用，在此基础上，提出了本文的主要研究内容及结构安排。
第2 章跟踪测量理论基础2.1 常用坐标系及坐标转换2.1.1 地心坐标系地心坐标系是全球统一的坐标系，它包括地心球面坐标系、地心空间直角坐标系、地心大地坐标系三种。
地心坐标系以地球的质心作为坐标原点，以与大地水准面实现最佳密合的地球椭球面作为其基准面。
地心坐标系对航空航天技术、远程跟踪控制技术以及地球科学研究等都具有十分重要的意义，尤其对靶场光电跟踪测量设备而言，地心坐标系作为坐标转换的一个重要中间媒介，起着无可替代的作用。
在光测事后数据处理中，地心空间直角坐标系更适用于光电经纬仪测量数据的处理，因此，本文所涉及的地心坐标系均为地心空间直角坐标系[9]。
图2.1 地心空间直角坐标系如图2.1 所示，O a 为地球中心，是地心空间直角坐标系的坐标原点。
Z a 轴是地球自转的旋转轴，指向地球自转轴的方向。
X a轴与乙轴垂直，由地心指向起始大地子午面与赤道的交点。
Y a轴位于赤道面上，X a轴与Y a轴共同构成赤道面，X a、Y与乙三轴符合右手定则[10]。
2.1.2 跑道坐标系跑道坐标系是站心坐标系的一种，主要用来确定目标机体上某点相对于跑道上某固定点位的具体位置，通常以跑道上过某固定点的铅垂线和水平面为基准建立符合右手定则的坐标系[11]。
图2.2 跑道坐标系跑道坐标系的坐标原点O b 通常为目标机体的起飞点或者着陆区阻拦索的中心点。
X b轴通常位于水平面内，由坐标原点指向跑道延伸的方向，其方向为从大地北向东顺时针转过角度。
