光电经纬仪原理

第四章 经纬仪及其使用

教学目的：

1．掌握角度测量的原理和方法；

2．掌握光学经纬仪的构造和读盘读数方法；

3．了解经纬仪的检验和校正方法；

教学重点：

1．经纬仪的对中、整平、读数；

2．角度测量的原理、角度的数据计算；

3．各种误差对测角的影响；

教学难点：

1．难点主要是经纬仪的检验和校正；

2．经纬仪的读数；

教学资料：园林测量教材、教学课件

教学方法：讲授法、讲解法、实训操作

讲授新课

第一节 光学经纬仪的构造

经纬仪分为：光学经纬仪和电子经纬仪；光学经纬仪：是利用几何光学的放大、反射、折射等原理进行读盘读数；电子经纬仪：是利用物理光学、电子学和光电转换等原理显示读盘读数，是近代电子技术高度发展的产物之一；

经纬仪精度：DJ1，DJ2，DJ6等级别，D—“大地测量”，J—“经纬仪”，1，2，6表示经纬仪一测回方向观测中误差的秒数；

一、光学经纬的构造

经纬仪包括：基座、照准部、水平度盘

（一）、照准部部分：具有的构件：平盘水准管、光学对中器、支架、横轴、垂直度盘、望远镜、度盘读数镜；简述

（二）、度盘部分：包括：垂直度盘和水平度盘；简述

（三）、基座部分：基座上有三个脚螺旋，用来整平仪器，调平仪器的步骤：先根据基座上的圆水准器粗平，然后根据照准部上的平盘水准管精平，而且基座底板中心有连接螺旋孔；简述

二、读盘读数装置及读数方法

1、测微尺读数装置：参考P64页

2、平行玻璃测微器读数装置：参考P65页

三、经纬仪的使用

一、经纬仪的安置：包括对中和整平

1、对中：目的：是要把仪器的纵轴安置到测站得铅垂线上；分为：用垂球对中和用光学对中器对中；具体的步骤参见P66页；原理图：

2、整平：目的：是使经纬仪的纵轴铅垂，从而使水平度盘和横轴处于水平位置，垂直度盘位于铅垂面内；具体步骤见P66页；

二、目标点上的照准标志及瞄准方法：进行角度测量时，地面的目标点必须设立照准标志，才能进行瞄准。

光电经纬仪姿态测量精度室内检测方法

摘要：光电经纬仪的姿态测量精度是指光电经纬仪在规定的加速度运动状态下，对运动目标的实时测量值与目标空间方向真值的差值，是衡量光电经纬仪测量精度的重要技术指标之一。本文通过理论分析，为光电经纬仪的姿态测量精度提供了一种室内测量方法。

关键词：光电经纬仪姿态测量精度；室内检测方法

光电经纬仪是经纬仪与光电探测装置相结合的产物。它是一种对运动目标参数（位置、速度等）进行自动跟踪和实时测量，同时记录运动目标姿态的光电测量装置。目前光电经纬仪确定目标最常用的方法是姿态测量法，因此研究光电经纬仪对目标姿态的测量精度具有十分重要的意义。

一、光电经纬仪姿态测量工作原理

光电经纬仪机架为3轴（垂直轴、水平轴、视准轴）地平装置。框架3的轴相互垂直，水平轴和准直轴可以围绕垂直轴在水平面内旋转。光电检测装置安装在水平轴上，其主光轴为准直轴，与水平轴垂直，可绕水平轴在垂直面内旋转。垂直轴和水平轴分别装有轴角编码器。当视觉轴绕垂直轴旋转时，垂直轴编码器读出的角度称为方位角，当视觉轴绕水平轴旋转时，水平轴编码器读出的角度称为俯仰角。这样，只要准直轴对准目标，就可以得到光轴指向目标的方位角和俯仰角。为了保证精密检测的可靠性，在检测系统中采用了传统的T型架，采用水平光管和大角度平行光管。检测系统主要包括T型架、水平平行光管、大角度平行光管、隔离型地环、高精度T4经纬仪、高精度水准仪和经纬仪。将被测经纬仪放在测量基座上，调整到水平管和大角度管同时测量的位置，然后将经纬仪调平（要求调平精度小于1角秒），调平后用被测经纬仪测量水平光管和大角度光管经纬仪，并通过测量后的数据处理，在摇摆状态下进行小角度干扰测量，使大角度平行光管的星点目标在测量架上记录相对运动轨迹。通过图像存储，记录星点目标的运动轨迹，通过后处理得到一组大角度光管的动态测量值。根据光电经纬仪等摄像测量设备拍摄的目标数字图像，利用图像处理技术，确定目标图像的二维中心轴，即被测目标中心轴在目标表面上的投影。目标图像的二维中心轴和相机系统的光学中心只决定一个空间平面，被测目标的中心轴必须在这个平面上。两台光电经纬仪可获得两个空间平面。这两个平面相交于一条空间直线，这条直线是被测物体的空间中心轴。通过得到被测物体的中心轴方程，可以方便地得到被测物体的俯仰角和偏航角。如果用多台经纬仪测量，可以得到多个平面。由于测量误差，这些平面可能不相交于同一直线。在这种情况下，目标姿态角可以用加权平均法确定。

光学经纬仪的原理

首先，光学原理是光学经纬仪实现测量的基础。光学经纬仪主要利用望远镜的光学性质来传达视觉信息。该仪器包括了一个望远镜和一个垂直的刻度柱状装置，用于读取望远镜在垂直方向上的位置。望远镜通过光学透镜将光聚焦在视网膜上，使用户可以观测观察物。透镜通过调节使瞄准物在地平线上的指向方向。光学经纬仪的工作原理利用视角的变化来确定地球上不同位置的经纬度，使得用户可以测量不同位置上的物体在地平面上的角度。

测角原理是光学经纬仪进行精确测量的关键。在仪器上，望远镜通过水平铅丝固定，可以观测物体的水平角度。用户通过观察望远镜的水平位置，使用刻度盘上的刻度来测量物体与地平线之间的角度。这种角度测量是通过将水平线与地球上的标准水平线进行比较来完成的。用户通过旋转仪器上的刻度盘来调整指向，并读取刻度盘上的数值以获取测量结果。

测距原理是光学经纬仪进行测量距离的基础。为了测量与仪器所在位置的水平距离，仪器上配备了一个测高仪。用户通过读取测高仪上的刻度，可以确定仪器位置与水平线之间的距离。测距的精度取决于测高仪的精度。通常，光学经纬仪使用了精密光电传感器来测量仪器上测高仪的位置，将数据传递给计算机进行处理，并给出测量结果。

总体来说，光学经纬仪利用光学原理、测角原理和测距原理来实现对地球经纬度的测量。通过仪器上的望远镜来观察物体的角度并使用刻度盘来测量角度，通过测高仪来测量与仪器位置的距离。将这些信息传递给计算机进行处理后，可以得到测量结果。光学经纬仪的应用非常广泛，包括地理勘探、建筑测量、航海导航等领域。这种仪器的精度和准确性使得它成为测量地球位置和导航的不可或缺的工具。

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。

2、换像⼿轮——⽤于⽔平读数和竖直读数间的互换。

3、竖直读盘反光镜——竖直读数时反光。