Page 305 - 测绘新技术的理论与实践研究

第九章 激光跟踪仪高精度测量技术研究

球重力影响发生摆动来测量物体倾斜角度。当被测物体发生倾斜时，通过 CCD

传感器将倾斜角的光信号转换至数字信号输出，实时得到两个方向的倾斜角。电
子水平仪的主要由机械结构、物理传感器、数据采集器、微处理器、数码显示或
输出单元五部分构成，根据其传感物理量类型不同，可分为电容式和电感式两
种。当前，电子水平仪已广泛用于大尺寸机械设备的安装和检测中，实时进行姿

态测量和调整，也可进行平面度、直线度等几何量的测量。以 Leica NIVEL210
电子水平仪为例，其采用高精度双轴传感器，分辨率达 0.2，姿态测量精度可

达±1。
（四）间接法姿态测量
间接法姿态测量是指通过不同的方法进行点位或方向（向量）测量，利用测
量所得的点、线以几何计算等方法建立坐标系，进一步解算出所需姿态角的方法。

由于实现点位或方向测量的手段较多，可根据不同应用环境灵活选择，因此该方
法应用范围宽广，可适用于静态和移动（低速、高速）平台姿态测量。根据测量
原理的不同，间接法姿态测量可细分为 GNSS 多天线法、摄影测量法、立方镜测

量法和工业动态测量法。
1.GNSS 多天线法
GNSS 多天线测姿即利用 GNSS 系统测定固定安置在目标上多个天线载波
相位，并解算出实时位置，利用几何关系计算出载体绝对的航向和姿态信息。

GNSS 系统设计的初衷是获取全球任意点的坐标定位，并提供精确时间等信息，
并已经广泛应用于军事、民用和科学研究等领域。随着定位要求的不断提高，定
位技术的不断发展，在此基础上展开的其他应用也越来越多样化。1978 年美国

麻省理工学院和宇航局喷气推进实验室共同提出了在同一载体上搭载 3 根 GPS
天线，可同时精确测定基线向量和平面姿态，并于 1982 年进行了模拟验证，三
轴姿态精度分别为：横滚角 0.57°，俯仰角 0.28，航向角 0.03°。1988 年美国
Trimble 公司首次验证了该方法能在中、低速运动载体上实现姿态测量。20 世纪

90 年代后，各大公司和研究机构纷纷开展相关研究和试验，并成功开发了部分
商业测姿系统，使姿态测量精度提高到 0.0380.5°。同时，中国武汉大学、南京

航空航天大学、信息工程大学等科研院校都进行了相关研究，并融入了一些新的
技术，如许江宁提出了一种基于遗传算法的 GPS 载波相位姿态搜索技术，彭晓
刚等提出了 GPS 姿态实时测量的模糊度解算方法，刘帅等提出了抗差卡尔曼滤

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