Page 314 - 测绘新技术的理论与实践研究

测绘新技术的理论与实践研究

镜中心为原点，沿设备纵向上下两根二极管连线为 Y 轴，指向探针方向为负，

沿设备横向两根二极管连线为 X 轴，指向右侧为正方向，Z 轴由右手规则定义。
T-Mac 同样由基座、反射棱镜以及一定数量的姿态 LED 二极管等（不同型
号数目不等）构成，一般用于固定在机器人或者机械臂上进行测量。其坐标系设

计为以反射棱镜中心为原点，X 轴和￥轴位于安装平面内，分别指向横向右侧和
纵向上侧，Z 轴为安装面法线，指向棱镜中心为正。上述六自由度测量附件必须
结合相机才能进行六自由度测量，早期的跟踪仪搭配了专用的可拆卸式相机附件

T-Cam，可直接安装于跟踪仪上部。其坐标系以相机的镜头光学中心为原点，X 轴、
Y 轴分别与相机内部采用的 CCD 芯片的水平和垂直阵列平行，其中 Y 轴与跟踪
仪 Z 轴保持一致，相机坐标系的 Z 轴与相机光轴方向一致。T-Cam 的坐标系相

对于激光跟踪仪坐标系的参数关系以及相机内各项方位元素参数都为已知（己标
定），以便进行姿态值的计算。而 Leica 最新的六自由度跟踪仪 AT930/960 已经
将外相机内置于跟踪仪内部，不再单独作为仪器附件，大大提升了便携性。

二、静态位姿测量原理与方法

（一）轴对准与坐标系转换

无论所测目标的姿态角如何定义，如能准确定位坐标系上坐标轴上的点（线、
面），即可随时复现该目标的坐标系。理论上，通过非共线的三点以轴对准的方
式即可定义该坐标系，并进而计算目标相对于测量坐标系的位姿。因此，位姿问

题即转换为点坐标的测量问题，实际任务中，多数目标在静止状态下的位姿测量
也是通过此方法进行。
（二）基于立方镜的位姿测量原理

基于立方镜的姿态测量方法主要通过高精度的电子经纬仪对立方镜的镜面准
直测量来实现。通过观测获取镜面法线的方向，并对其修正后作为立方镜坐标系
的两个坐标轴，并以此建立立方镜坐标系。

当四台经纬仪间互瞄观测值不足 6 组时，没有足够的传递路线，因此无法通
过上述方法立方镜的相对姿态测量，这种情况称为无互瞄传递条件。在此种极端
情况下，可以利用经纬仪的适当搬站，通过经纬仪之间的角度进行传递，或者引

进陀螺经纬仪，通过真北方位作为参考来进行间接传递，从而实现立方镜相对姿
态测量。

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