Page 319 - 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

（二）姿态测量精度分析

与传统经纬仪准直测量方法不同，激光跟踪仪对立方镜的准直和姿态测量精
度主要取决于镜面法线的获取，即构成该法线两点的点坐标测量精度。另外，姿
态测量精度还取决于立方镜坐标系的建立精度。立方镜一般由精密加工制造，加
工精度较高，相邻两镜面垂直度优于 2。通过跟踪仪建立相邻镜面法线时，可根

据实际测量值计算得到法线向量夹角，并通过向量修正建立立方镜坐标系。

三、测试结果
为验证新方法准直测量可行性，分析测量精度，在实验室分别用电子经纬仪

和激光跟踪仪对立方镜进行了准直与姿态测量对比实验，实验所用经纬仪为两台
Leica T3000A 和两台 LeicaTM 5100A 电子经纬仪，标称测角精度均为 0.5″；跟
踪仪为 Leica AT901-B 型激光跟踪仪；靶标球选择标准 1.5 英寸 CCR 球棱镜，通

过基座固定安置在铝合金脚架上，保证测量时的稳定性。
（一）单个立方镜垂直度验证
实验中，首先利用经纬仪对立方镜固定相邻镜面（设为A、B面）进行准直测量，
AB 两面垂直度标称为 90°。准直与互瞄均采用准直灯十字丝法，望远镜焦距均
固定为无穷远，每一镜面均双面观测 10 个测回，记录各自的水平角和垂直角观

测值，计算 AB 面法线向量夹角。
跟踪仪观测时，其跟踪头在自动搜寻目标时候会小角度摆动搜索，由于立方
镜镜面较小，在测量反射虚拟点时发射光线很容易摆动到立方镜镜面之外，因此

激光跟踪仪的设站位置与立方镜间的距离不宜过远，实验中保持在 2m 左右。固
定该位置后依次将靶标球放置在距离立方镜大致 2m、4m 和 8m 位置处观测，每
个位置观测 10 个测回，记录实点位置和虚像点位置坐标值，计算 A、B 面法线
向量夹角。
经纬仪 10 个测回数据的内符合精度为 1.0″，跟踪仪观测精度在普通 2m 观

测距离上达到 2.6″，略低于经纬仪观测精度，随着立方镜与靶标球距离的增大，
观测精度可进一步提高，平均值与经纬仪观测数据趋于一致。实验结果与理论分
析保持一致，验证了该方法的可行性。

（二）双立方镜姿态测量验证
双立方镜间姿态测量目前主流的方法是通过 4 台高精度的电子经纬仪分别准
直两个立方镜的 4 个镜面进行，如图 9-4（a）所示。

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