光电测距仪验证方法研究进展

时间:2018-12-22 05:13:31 来源:伊川信息网 作者:匿名



1简介

光电测距仪和全站仪(全站仪测距误差验证和光电测距仪,目前光电测距仪校准也适用于全站仪测距测试)自成立以来,操作简便快捷,高效,精确,自动化,智能等,广泛应用于工程测量,控制测量,地形测量,地籍和房地产测量,施工放样,工业测量和海上定位[1]。

数字地球的构造也是基本的数字采集设备之一。

作为各种领域中经常使用的长度测量仪器,定期验证光电测距仪的距离测量精度始终是用户和承包商的关注点[2],因为仪器可以在要求的精度下可靠地工作,是测量工作质量和数量的先决条件。

定期验证光电测距仪至少有两个目的。:一个是最小化仪器的系统误差[3],第二个是确定被测仪器可以达到的最高精度。

《光电测距仪检定规程JJG703-2003》[4]仪器的校准周期限制为不超过一年。美国州立大学教授Bossler J D于1984年提出光电测距仪每年应进行一次验证,频率验证应每六个月进行一次。

目前,我国各类全站仪的年销售量已超过2万台,粗略估计超过10万台[5]。

由于法规要求的验证频率和国家拥有的测距仪器数量,可以看出光电测距仪的任务和全站仪计量验证的任务繁重,责任重大,所以很明显相应的验证方法必须合理有效。

光电测距仪的验证应符合计量验证程序,这是指导和标准化测量和验证行为的基础。

为了加强商品和服务的国际交流,并改善各国之间的技术合作,有必要制定全球统一的核查标准。

自2001年以来,国际标准化组织(ISO)为测距仪引入了大地测量仪器ISO 17123-4(光电测距仪)[6]和17123-5(全站仪)[7]的现场测试标准。

目前我国光电测距仪的验证程序为JJG703-2003。

在该过程中,光电测距仪加上常数和乘法常数由室外基线方法确定。基线由仪器范围内的一系列永久校准线段组成,这些线段位于同一条线上且具有相同的斜率。

基线设计应准确确定光电测距仪的误差。为了确定仪器的倍增常数,基线的长度一般为500~1400m [8]和1000~2000m [4]。

然而,由于室外基线需要大空间和高稳定性,因此通常建在郊区。它不仅需要特殊维护,而且还需要耗时和费力的检查,并且验证也受到大气条件的限制和影响。

因此,近年来,越来越多的国内外学者开始关注室内验证方法的研究,并建立了一些室内验证装置,如欧洲同步辐射装置(ESRF),瑞士徕卡地质系统,新西兰测量标准。该实验室检测设备已在实验室,中国计量科学研究院和中南大学信息物理工程学院建立。

建议首先分析光电测距仪的测距误差,然后介绍现有光电测距仪测距误差的室外验证方法和室内验证方法,最后针对现有验证方法存在的问题提出可能的解决方案。 。 。

2光电测距仪测距误差

光电测距仪的距离测量误差分为两部分。:

(1)比例误差:与测量距离长度成比例的误差主要是由频率误差,大气折射率误差和真空光速测量误差引起的,这给测距结果带来误差。

光测量误差的速度对测距值的影响可以忽略不计。

(2)固定误差:仪器的固有误差与测量距离的长度无关,包括零点误差的验证误差,仪器和镜子的对准误差,相位误差,幅度和相位误差和电弧管的相位不均匀性误差。循环错误。

周期误差主要是由仪器内部光电信号的同频误差引起的。在精细标尺长度的循环中重复该错误[9]。

比例误差,周期误差和零点误差是光电测距仪的主要系统误差。

根据大量的测量数据,:,由于仪器管和接收管的相位不均匀性和幅度和相位误差等因素,仪器还具有与距离长度相关的校正,此外还有频率误差和大气折射率误差,通常与距离有关。与长度和长度相关的校正统称为乘法常数[9]。零误差的校正称为加法常数[10]。

通过对验证中获得的系统误差值进行校正,可以消除系统误差。

因此,光电测距仪系统误差的验证主要包括以下三项::

(1)验证期间错误;

(2)验证常数;

(3)乘以常数验证。

3光电测距仪验证方法

3.1光电测距仪的户外验证方法及其研究进展

3.1.1循环错误的验证方法

在国内《光电测距仪检定规程JJG703-2003》,平台方法用于验证仪器的循环误差。

周期误差公式通过一种简单的方法计算,条件是:观测点均匀分布在精度范围内,验证数量是四的倍数。

朱顺平提出了一种周期性误差的精确验证方法[11]。本文中的周期性误差使用严格的求解方法。

现代全站仪由于制造商在制造时采取了措施,因此周期误差可以忽略不计。

3.1.2常数的验证方法

《光电测距仪检定规程JJG703-2003》常量的验证方法是:

(1)基线比较方法同时测量仪器的加法和乘法常数。

基线方法测试可以反映仪器的综合误差[12];

(2)三阶段法分别验证并加一个常数;

(3)通过平台方法和循环误差同时确定。

德国工业标准DIN18723-6采用六段分析法确定常数,国际标准ISO17123-4 [6]采用六段分析法或六段比较法测试仪器的加法常数。

2005年,邱立勋提出了一种在没有基线的情况下为光电测距仪增加恒定值的方法[13]。该方法不需要基线场的标准测量。它可以通过四个三段式方法在任何平地上进行测量。准确测量光电测距仪的加法常数。

3.1.3乘法常数验证方法

《光电测距仪检定规程JJG703-2003》乘法常数的验证方法是场基线比较法,推荐的方法是频率测量法。

在国际标准ISO17123-4现场检测测距仪中,乘法常数也使用频率测量方法。

3.2光电测距仪室内验证方法及研究进展

室外基线方法需要大型场地和高维护成本。由于它通常建在市区以外,因此验证仪器所需的劳动力和财政资源也很大,而且验证也受气候条件的影响。基于以上原因,各国学者致力于光电测距仪室内标定方法的研究。

欧洲同步辐射装置(ESRF)[14],瑞士徕卡测量系统,新西兰测量标准实验室,中国计量科学研究院[15],中南大学信息物理工程学院等正在进行室内验证研究。 。

室内验证方法的基本思想是将场基线转移到房间中以在房间中建立静态或动态基线。

Leica Geosystem的Dzierzega A和Scherrer R提出的方法是将测距仪放在实验室的固定台上。镜子放置在室内或室外开放的建筑物上。动态基线长度可以在5到100米的范围内。范围内变化,这种方法仅适用于检测加常数,因为距离太短,无法检测乘法常数[16]。

由中南大学信息物理工程学院建立的动态基线[9]优于1×10-6。

Forde LC和新西兰测量标准实验室的Howick EF提出的方法是:光电测距仪和使用外差法的激光干涉仪放置在60米轨道的两端,光电测距镜和激光干涉仪测量棱镜返回到后部(称为背靠背后向反射器)固定在自动小车上(见图1)。手推车在轨道上等间隔,并且光电测距仪和激光干涉仪的读数在每个距离处执行。相比之下,可以获得光电测距仪的周期误差和相加常数[17]。校准装置在95%置信概率下的不确定度为0.39 mm。

中国计量学院还使用室内验证装置[15]的背对背结构来验证仪器的周期误差和加法常数,使用频率测量方法乘以常数(见图2)。

从长期实践经验和实验数据可知,短基线检测到的乘法常数不可靠,基线长度的扩展已成为新的主题。

为了增加室内基线长度,外国研究人员考虑使用平面镜来折叠光线。埃及的Ragab K博士提出了一种方案,在35米的长度上增加两个平面镜,这将使距离增加三倍或105米(见图3的示意图)[18]。

Forde L C和Howick E F为背对背结构增加了四个平面镜,并在60米的实验室中将检测距离增加到200米[19](见图4)。

欧洲同步加速器ESRF的基本工作距离为1.9~50m,第一组镜子折叠后的距离为32~80m。

取下第一组镜子,用第二组镜子折叠65到113米[14](见图5)。

黄苏[20]提出利用双平面镜多次反射建立虚拟室内基线场,并对该方案的1km长度测量的不确定性进行详细分析和计算,得出该方案完全可行的结论。

Yang Middle East [21]提出利用光纤建立室内基线,并通过理论实验验证了理论分析的正确性,表明利用光纤代替室内场基线验证测距仪是可行的。

4光电测距仪验证方法的讨论与总结

基于上述户外基线方法的缺点,经济,高效,便捷的室内验证方法是光电测距仪的发展方向。

但是,由于距离较短(从收集的当前数据,最大长度可以达到200米),室内常数只能通过增加常数和周期性误差来验证。目前通过频率测量方法测量乘法常数的室内验证。

然而,使用频率测量方法的前提是乘法常数主要是由频率误差引起的,这个问题的学者是有争议的。

有学者认为只有频率修正数可以作为乘法常数[22];然而,有学者认为频率测量方法不能充分反映仪器的乘法常数误差效应,只能用于基线测试乘以常数误差超过极限时的故障分析和诊断。 “基线验证法”处于平等地位,反对废除“基线法”[12,23]。

这场争议的焦点是频率误差和乘法常数之间的关系。使用频率校正代替乘法常数是否可靠?如果乘法常数主要不是由频率误差引起的,那么它的验证只能在长基线上进行,这反过来会产生一个新的问题:一个是如何在房间内建立长基线;另一个是基线有多长时间乘以常数。综上所述,室内验证方法仍需要解决的主要问题是:。

(1)频率误差与乘法常数之间的关系;

(2)基线长度与乘法常数的适用范围之间的关系;

(3)寻求建立室内长基线的新方法。

如果频率误差和乘法常数之间的关系结果是乘法常数主要由频率误差产生,则使用当前推荐的方法,在室内建立短基线以检查加法常数和周期误差,并且频率测量方法可用于验证乘法常数。光电测距仪全室内验证。

否则,寻找建立室内长基线的新方法。

摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]光电测距仪,验证方法,全站仪,计量验证,AOC官方网站,北京世纪奥克

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下一步:利用GPIB接口开发光功率计半自动验证系统

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