Page 317 - 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

特点，迅速得到了广泛应用。因此通过激光跟踪仪进行镜面准直从而建立立方镜

坐标系的方法也被提出，具体做法是将 0.5 英寸小型靶标球放置立方镜镜面上，
测量一定数量镜面点坐标，拟合镜面的平面并建立法线方向。该方法虽然理论可
行，但由于立方镜镜面面积较小，给实际操作带来困难，拟合法线的精度在 0.5′
以下，远远低于主流的经纬仪方法，且结果稳定性受测量过程影响很大。哈尔滨

工业大学颜丙聪通过实验得出，镜面尺寸至少达到 60mm×60mm 以上时，才能
得到较高的法线测量精度并提高稳定性。因此，对于普通立方镜而言，该方法在
实际操作中并不可行。
（二）基于跟踪仪的立方镜姿态测量原理

相比传统方法，利用光的直线传播与反射定律，通过两个高精度的点坐标直
接构建镜面法线的直线，当两点距离达到一定长度时即可克服上述方法的缺点，
发挥激光跟踪仪的特点从而实现静态立方镜的姿态测量。

二、测量精度分析

（一）激光跟踪仪误差分析
激光跟踪仪作为典型的极坐标测量系统，点位坐标测量精度与仪器自身的结
构有紧密关系，而自身结构中度盘和各轴线在理论上有着严格的对应关系，其中

最为关键的即水平轴、垂直轴和视准轴（激光发射轴）两两正交，且三条轴线在
空间上交会于一点，该点即为仪器中心。事实上，由于制造等因素的影响，上述
关系无法达到理想化水平，从而造成系统误差。

系统误差可按照与角度相关和与距离相关分为两大类，其中与角度相关误差
主要有激光视线误差（激光镜倾斜误差）C、水平轴倾斜误差 i、激光束倾斜误
差 l x 和 l y 、垂直度盘指标差 j、水平度盘偏心差 E x 和 E y 、垂直度盘偏心差 K x 和
K y 等；与距离相关误差主要有基距测量误差、干涉测量误差、反射棱镜误差以
及气象改正误差等。以上误差均有准确的数学模型进行改正，通常情况下，激光

跟踪仪在出厂前，厂家均会对其进行检校并给出相关参数结果供用户使用，但当
仪器使用一段时间后，受到环境变化、仪器老化等因素影响，参数会发生变化，
因此必须进行检校。

以上因素对点位测量精度均存在系统性影响，并最终影响对立方镜准直测量
时的计算姿态值。以激光视线误差对水平方向的影响为例，设激光跟踪仪存在水
平方向的激光视线误差 C，即对镜面准直测量时，激光发射实际光线与理论光线

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