角度位移的补偿测量的制作方法

专利名称：角度位移的补偿测量的制作方法
角度位移的补偿测量技术领域在此提出的本发明思想涉及用于检测角度位移的方法和装置，具 体地，涉及用于检测诸如全站4义等大地测量仪的一个或多个组件的角 度位移的方法和装置。
背景技术：
全站仪是在自然环境和构造的电子勘测中使用的仪器，具体地用 于确定全站仪和测量点之间的距离和角度。为了使全站仪的望远镜瞄准测量的目标点，提供了用于控制望远 镜的方位和仰角方向的驱动控制。全站仪通常包括旋转安装在诸如三 脚架等基本结构上的瞄准仪，用于绕垂直轴旋转。另外，全站仪包括 用于望远镜绕水平轴仰角旋转的支承结构。为了跟踪全站仪中望远镜的当前方位和仰角方向，提供了用于获 取方位和仰角方向上的角度测量信号的装置。方位角测量信号用于控制驱动，以便将瞄准仪旋转到由基准信号 所表示的任何期望的方位方向。图1示出了全站仪100的简化正视图，该全站仪具有安装在三脚 架110上的基座105、安装在该基座上用于绕方位轴120旋转的瞄准 仪115以及安装在该瞄准仪上用于绕仰角轴130旋转的望远镜125。 望远镜125具有瞄准轴135。可控驱动140响应于方位控制信号而使 瞄准仪115绕轴120旋转。诸如角编码器，或者磁或电容角解算器等 的角度传感器145产生表示瞄准仪相对于基座的角度位置的方位测量 信号。包括处理器150的信号处理电路响应该方位测量信号以及表示 瞄准仪115的期望方位方向的方位基准，以产生方位控制信号。例如， 通过操作人员使用键盘或按钮或通过全站仪100内的跟踪子系统155 输入来提供方位基准。可控驱动160响应于仰角控制信号而使望远镜125绕仰角轴130 旋转。诸如角编码器，或者磁或电容角解算器等的角度传感器165产生表示望远镜相对于瞄准仪的仰角位置的仰角测量信号。包括处理器150的信号处理电路响应该仰角测量信号以及表示望远镜125的期望 仰角方向的仰角基准，以产生仰角控制信号。例如，通过操作人员使 用键盘或按钮或通过跟踪全站仪100内的子系统155输入来提供仰角 基准。在操作中，基座105安装在三脚架110上的相对于仪器外部的诸 如磁北等的方位基准200的期望角度方向，并且与方位旋转轴120垂 直。当驱动140旋转瞄准仪115时，方位测量信号表示瞄准仪相对于 基座105的瞬时角度方向。在瞄准仪115的低角加速度下，方位测量 信号还可以被认为是表示瞄准仪115相对于外部方位基准200的实际 方向。相反，瞄准仪115的高角加速度引起三脚架110的扭转反作用 力以及基座105的相应角度旋转。图1中示出了瞄准仪115的转矩L 和施加在基座105和三脚架110上的相反转矩T2。当角度传感器145 检测瞄准仪115相对于基座105的角度位置时，方位测量信号不能精 确表示瞄准仪经受高角加速度时瞄准仪相对于外部基准200的角度方 向。在绕仰角轴130的高加角速度期间，类似的扭转反作用力扭斜了 仰角角测量。因此，需要一些仪器和方法，用于解决在测量经受高角加速度的 组件的角度旋转中的这种扭转反作用力，特别地，需要用于结合这种 改进的大地测量仪(诸如全站仪)的仪器和方法。发明内容本发明的一个目的是提供一种用于控制仪器的装置和方法，所述 仪器解决在高角加速度期间测量角度旋转时的扭转反作用力。为了完全理解本发明的原理，将通过介绍给出本文中对高角加速 度及其效果更加详细的分析。图2a示出了全站仪100的示意性的俯视图。图中示出的是安装在 三脚架110上的基座105以及安装在基座105上的瞄准仪115。瞄准 仪115被安装为绕垂直轴旋转。通过旋转瞄准仪115，望远镜125的 瞄准轴135可以被设置成任何希望的方位角。在图2a中，望远镜及其 瞄准轴135平行于外部基准200旋转。 图2b示出了全站仪100的示意性的俯视图，其示意性地说明了当 瞄准仪115在逆时针方向上加速时引入的误差(参照附图)。角度传 感器145产生表示瞄准仪115 (例如，由瞄准轴135表示)和基座105 上的基准2 0 5之间的角度^的角度测量信号& _ 。瞄准仪115逆时针 加速的扭转反作用力引起基座105顺时针方向旋转某个量，该量由外 部基准200和基座上的基准205之间的误差角度^表示。当发生这种 情况时，由角度传感器145测量的角度^是误差角度^和瞄准仪115 与外部基准200之间的期望角度测量^的和。图3a示意性地说明了用于在低角加速度下(％《0)瞄准仪115 的方位旋转的理想控制环300。角度传感器145检测瞄准仪115和基 准205之间的瞬时角度外。如在315示意性地示出的，所产生的方位 测量信号^^与来自源310的方位基准信号Ra組合。所产生的差信号 DA被提供给控制驱动140的调节器320。驱动140旋转瞄准4义115,如 在330所示，直到差信号DA为零。图3b示意性地说明了考虑到在瞄准4义115加速期间引入的误差 (%>0 )的更实际的控制环350。驱动140施加转矩1\,以加速瞄准 仪115。当瞄准仪115加速时，相等并且相反的反作用力转矩L作用 于基座105上，从而使基座105以相反的方向旋转角度^，如365所 示。角度传感器145测量总角度^， ^是角度^和a的和，如370所表 示的，并且提供方位测量信号％_。因此，方位测量信号^_包括总 计为角度^的误差，而应该测量的角度是没有误差角度^的影响的^。图4a示出了部分切去瞄准仪115的全站仪100的示意性的侧视 图，以显示望远镜125关于仰角轴130的方向。在操作中，基座105 和瞄准仪115安装在三脚架110上的相对于仪器外部的仰角基准400 的期望角度方向，诸如垂直(竖直)基准。图4a中还示出了垂直于垂 直基准400的水平基准405。当驱动160旋转望远镜125时，来自角 度传感器165的仰角测量信号表示望远镜125相对于瞄准仪115的瞬 时角度方向。在望远镜的低角加速度下，仰角测量信号还可以被认为 是表示望远镜125相对于外部仰角基准400以及从而相对于水平基准 405的实际方向。相反，望远镜125的高角加速度引起三脚架110的 转矩反作用力和基座105的相应角旋转。图4a中示出了望远镜125的
转矩T3和强加在瞄准仪115、基座105和三脚架110上的相反的转矩 T4。当角度传感器165检测望远镜125相对于瞄准仪115的角度位置 时，仰角测量信号不能精确表示当望远镜125经受高角加速度时望远 镜相对于外部基准400的角度方向。图4b示出了全站仪100的部分切去的剖视图，示意性地说明了当 望远镜125以逆时针方向加速时引入的误差(参照附图)。角度传感 器165产生表示望远镜125 (例如，由瞄准轴135表示的)和瞄准仪 115上的基准410之间的角度",的角度测量信号。望远镜125加速的 扭转反作用力引起基座105顺时针方向旋转某个量，该量由外部基准 405和瞄准仪基准410之间的误差角度"2表示。当发生这种情况时， 角度",是误差角度《2和望远镜125与外部基准400之间的期望角度测量"3的和。图5a示意性地说明在低角加速度下("2 0)望远镜125仰角旋 转的理想控制环500。角度传感器165检测望远镜125和基准405之 间的瞬时角度《3。如在515示意性地所示的，所产生的仰角测量信号 A,与来自源510的方位基准信号Re組合。所产生的差信号De被提供 给控制驱动160的调节器520。驱动160旋转望远镜115，如在530 所示，直到差信号Ds为零。图5b示意性地说明考虑了在望远镜125加速期间引入的误差的更 为实际的控制环550。驱动160施加转矩T3，以加速望远镜125。当望 远镜125加速时，相等并且相反的反作用力转矩L作用于瞄准仪115 上，从而4吏瞄准4义115以相反的方向旋转如在565所示的角度《2。如 在570所示，角度传感器165测量总角度",，角度^是角度"2和《3的 总和，并且提供仰角测量信号"3_。因此，仰角测量信号6^,包括角 度《2量中的误差，而应该测量的角度是没有误差角度"2的影响的角度通过在所附的权利要求中阐述的仪器和方法緩解了上述关于转矩 反作用力的问题，特别是在高角加速期间。因此，本发明是基于例如全站仪的仪器中具有第一和第二角度传 感器来测量绕特定轴的旋转的思想，其中第一角度传感器是角分解器， 并且第二角度传感器是惯性传感器。通过组合来自这两个角度传感器 的测量信号，获得用于解决转矩反作用力的补偿角测量信号。从而可 以获得角度位置相对于外部基准的快速及精确的测量，并且可以实现 改进的控制环。通常，根据本发明，角分解器的目的是测量瞄准仪相对于全站仪 的基座的角度位置，或者望远镜相对于瞄准仪的角度位置。因此，角 分解器提供仪器中的相对角度位置的精确测量。另外，惯性传感器通 常的目的是测量仪器的组件和相应的外部基准之间的相对角度位置。仅使用角分解器将不考虑由于转矩反作用力导致的全站仪中的其 它组件的任何角位移，特别是在高角加速度的情况下。另一方面，仅 使用用于确定角度位置的惯性传感器将导致较差的精度以及长期的不 稳定性。本发明提供一种改进的仪器，其中组合角分解器和惯性传感器的 优点，以根据角度位置给出极大改进的精度和可控性，特别是在仪器 中的组件的高角加速度期间。本发明的特别优选的实施例是大地测量仪，诸如全站仪，其中利 用所组合的角分解器和惯性传感器来确定望远镜相对于外部基准的真 实方位和仰角位置。所确定的方位角位置相对于诸如磁北等外部方位 基准具有高精度。所确定的仰角位置相对于诸如垂直轴等外部仰角基 准具有高精度。在根据本发明的全站仪中通过提供补偿角测量信号而 考虑了现有技术中损害测量中由于转矩反作用力导致的诸如三脚架、 仪器安装设备等理想固定部件的任何歪斜。将补偿角度测量信号馈送 到各自的驱动，以根据表示期望瞄准线的基准信号来控制望远镜的仰 角和方位角位置。通过实现在此描述的本发明的方法和装置，有助于改进的控制环 和使用高角加速度。实际上，可以比现有技术中可以采用的更快并且 更稳定的方式获得对新瞄准线(例如，在全站仪中)的重新定位。因 此，除了改进精确度之外，在此公开的发明思想的实现还有助于控制 环的稳定性，以便可以获得更快的控制。当阅读并理解下面的详细描述时，将理解本发明的进一步的方面、 特征以及优点。


在上面的介绍以及下面的详细描述中，参照了附图，其中 图1示出了现有技术的全站仪的简化正视图； 图2a示出了图1的全站仪的俯视图；图2b示出了图1的全站仪的俯视图，说明了当瞄准仪加速时引入 的误差；图3a示意性地说明了用于图1的全站仪的瞄准仪方位旋转的理想 控制环；图3b示意性地说明了考虑在图l的全站仪的瞄准仪加速期间引入 的误差的更实际的控制环；图4a示出了图1的全站仪的示意性的侧视图；图4b示出了图1的全站仪的部分切去的剖视图，示意性地说明当 望远镜125加速时引入的误差；图5a示意性地说明用于图1的全站仪的望远镜仰角旋转的理想控 制环；图5b示意性地说明考虑在图1的全站仪的望远镜125加速期间引 入的误差的更为实际的控制环；图6示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图；图7示意性地示出了图6的实施例的瞄准仪控制环；图8a示出了图7的滤波器的传递函数；图8b示出了图7的组合滤波器的传递函数；图9示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图；图10示出了图9的实施例的瞄准仪控制环；图ll示出了图IO的滤波器的传递函数；图12示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图；图13示意性地示出了图12的实施例的望远镜控制环；图14a示出了图13的滤波器的传递函数；图14b示出了图13的组合滤波器的传递函数；图15示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图；图16示意性地示出了图15的实施例的望远镜控制环；图17示出了图16的滤波器的传递函数； 图18示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图，该实施例组合了图6和图12的实施例的特征；图19示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图，该实施例组合了图6和图15的实施例的特征；图20示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图，该实施例组合了图9和图12的实施例的特征；图21示出了根据本发明的全站仪的实施例的简化正视图，该实施例组合了图9和图15的实施例的特征；图22示意性地示出了根据本发明的实施例的全站仪的俯视图； 图23示意性地示出了根据本发明的实施例的全站仪的俯视图； 图24示出了根据本发明的实施例的信号处理电路功能的实施例； 图25示出了根据本发明的实施例的信号处理电路功能的实施例； 图26示出了在诸如图25的实施例中有用的滤波器的传递特性； 图27示出了才艮据本发明的实施例的全站仪的部分剖面正视图； 图28是图27的全站仪的功能框图。
具体实施方式
图6示出了根据本发明的全站仪600的实施例的简化正视图。图 6的全站仪不同于图1的全站仪，因为其包括第二角度传感器以及包 括诸如处理器650的改进处理电路，其中所述改进处理电路用于在瞄 准仪加速期间降低控制误差。根据本发明的实施例，第二角度传感器645是惯性传感器，其可 以包括但不限于陀螺仪、 一个加速计或一组加速计。惯性传感器具有 希望的特性，即它们测量诸如瞄准仪等组件的旋转的真实角度，并且 因此对来自诸如基座等第二组件的转矩反作用力的高频误差不敏感。 在这个方面，惯性传感器享有优于通常在诸如全站仪等大地测量仪中 采用的角度编码器、磁角分解器以及电容角分解器的优点。然而，惯 性传感器具有不希望的特性，即它们对低频噪声敏感，诸如来自传感 器以及传感器电子组件中的主要处于低频区域的热和电固有噪声。相 反，通常在诸如全站仪等大地测量仪中采用的角编码器、磁角分解器 以及电容角分解器具有希望的特性，即它们对这样的低频噪声不敏感。
图7示意性地示出了图6的实施例的瞄准仪控制环，其在瞄准4义 115角速度加速时补偿基座105的反方向旋转。驱动140施加转矩L, 以加速瞄准仪115。当瞄准仪115加速时，相等并且相反的反作用力 转矩L作用于基座105上，从而使基座105以相反的方向旋转角度^， 如在365所示。角传感器145测量总角度^，如在370所表示的，^是 角度^和^的总和，并且提供第一方位测量信号705。例如，角度传感 器145是角度编码器、磁角分解器或电容角分解器。第一方位测量信 号705经过低通滤波器710，以产生滤波后的第一方位测量信号715。具有固有低频噪声的第二角度传感器645提供第二方位测量信号 725，该信号是角度^和可能的低频噪声Nl的和(如在720所示)。例 如，角度传感器645是惯性传感器。第二方位测量信号725经过高通 滤波器730,以产生滤波后的第二方位测量信号735。如在740所表示， 组合滤波后的第一方位测量信号715和滤波后的第二方位测量信号 735 ,以产生补偿方位测量745。如在315示意性地示出的，将补偿 方位测量745 (识别为^^的角度^的计算值)与来自源310的方位基 准信号RA组合。所产生的差信号DA提供给控制驱动140的调节器320。 驱动140旋转瞄准仪115，如在330所示，直到差信号DA为零。第一方位测量信号的特性是它基本不受诸如由于传感器和传感器 电子组件中固有的热和电子噪声导致的低频噪声的影响。通过产生滤 波后的第一方位测量信号715的低通滤波器710，消除了由于瞄准仪 115的旋转加速导致的高频误差。第二方位测量信号的特性是它基本 不受诸如由于基座105对瞄准仪115的旋转加速产生的转矩反作用力 导致的高频噪声的影响。通过产生滤波后的第二方位测量信号735的 高通滤波器730,消除了由于诸如传感器和传感器电子组件的固有的 热和电子噪声导致的低频噪声的影响。图8a示出了在800的^f氐通滤波器710以及在805的高通滤波器 730的传递函数(表示为增益对频率特性)。根据本发明的实施例，滤 波器710和滤波器735每一个都被设计为具有传递函数Y,在z变换 中表示如下<formula>formula see original document page 14</formula> 其中U是输入信号(例如，输入信号U在滤波器710的情况下是第一 方位测量信号705，而在滤波器730的情况下是第二方位测量信号 725 )，并且Y是输出信号(例如，输出信号Y在滤波器710的情况下 是滤波后的第一方位测量信号715,而在滤波器730的情况下是滤波 后的第二方位测量信号725 )。对于低通滤波器710和高通滤波器730 来说，滤波器系数BO、 Bl、 B2、 B3、 Al、 A2、 A3分别具有不同的值。 图8b示出了组合滤波器710和730的传递函数810 (表示为增益 对频率特性)。优选地，将滤波器710和730设计为传递函数810在频 率范围内是恒定的。例如， 一旦已经为适当的低通滤波器710选择了 滤波器系数，那么就为高通滤波器730选择系数，以便组合的传递函 数810在频率范围内是恒定的。用于这两个滤波器的截止频率范围是 例如5-30Hz。图9示出了根据本发明的全站仪900的实施例的简化正视图。图 9的全站仪不同于图6的全站仪，因为它在基座105 (而不是瞄准仪 115)中包括第二角度传感器945以及包括例如处理器950的改进处理 电路，其中所述改进处理电路在瞄准仪115加速期间降低控制误差。图10示意性地示出了图9的实施例的瞄准仪控制环，其在瞄准仪 115角速度加速时补偿基座105的反方向旋转。驱动140施加转矩1\, 以加速瞄准仪115。当瞄准仪115加速时，相等并且相反的反应转矩 T2作用于基座105上，从而使基座105以相反的方向旋转角度^，如 在365所示。角度传感器145测量总角度A,如在370所表示的，仍是 角度^和^的和，并且提供第一方位测量信号1005。例如，角度传感 器145是角编码器、磁角分解器或电容角分解器。与图6-7的实施例 相比，第一方位测量信号1005没有被低通滤波。具有固有低频噪声的第二角度传感器945提供第二方位测量信号 1015，该信号是角度^和可能的低频噪声Nl的和(如在1010所示)。 也就是说，由于角度传感器945安装在基座105上，所以其输出是基 座105的旋转角度^的直接测量加上任何可应用的低频噪声Nl。例如， 角度传感器945是惯性传感器。第二方位测量信号1015经过高通滤波 器1020,以产生滤波后的第二方位测量信号1025。如在1030所示， 组合第一方位测量信号1005和滤波后的第二方位测量信号1025,以
产生补偿方位测量信号1035。在这个实施例中，通过从第一方位测量 信号1005中减去滤波后的第二方位测量信号1025组合这些信号。如 在315示意性地示出的，将补偿方位测量1035(识别为^^的角度^的 计算值)与来自源310的方位基准信号Ra組合。所产生的差信号Da提 供给控制驱动140的调节器320。驱动140旋转瞄准仪115，如在330 所示，直到差信号DA为零。第一方位测量信号的特性是它基本不受诸如由于传感器和传感器 电子组件固有的热和电子噪声导致的低频噪声的影响。在这个实施例 中，通过减去由角度传感器945测量的误差而消除由于瞄准仪115的 旋转加速导致的高频误差。在这个实施例中，第二方位测量信号的特性是它基本不受诸如由 于基座105对瞄准仪115的旋转加速产生的转矩反作用力导致的高频 噪声的影响。通过产生滤波后的第二方位测量信号1025的高通滤波器 1020,消除了由于诸如传感器和传感器电子组件固有的热和电子噪声 导致的低频噪声。图11示出了在1105的高通滤波器1020的传递函数(表示为增益 对频率特性)。根据本发明的实施例，滤波器1020被设计为具有传递 函数Y，在z变换中表示如下<formula>formula see original document page 16</formula>其中U是输入信号(例如，输入信号U是第二方位测量信号1015)， 并且Y是输出信号(例如，输出信号Y在滤波器1020的情况下是滤波 后的第二方位测量信号1025 )。用于该滤波器的截止频率范围是例如 5-30Hz(优选地，在较高端)，并且增益在传递函数的平稳状态中应当 是l。图12示出了根据本发明的全站仪1200的实施例的简化正视图。 图12的全站仪不同于图1的全站仪，因为它包括第二角度传感器1245 以及包括例如处理器1250的改进处理电路，所述改进处理电路在望远 镜125旋转加速期间降低控制误差。根据本发明的实施例，第二角度 传感器1245是惯性传感器，其可以包括但不限于陀螺仪、 一个加速计 或一组加速计。
图13示意性地示出了图12的实施例的望远镜控制环，其在望远 镜125角速度加速时补偿瞄准仪115的反方向旋转。驱动160施加转 矩T3,以加速望远镜125。当望远镜125加速时，相等并且相反的反 作用力转矩L作用于瞄准仪115上，从而使瞄准仪115以相反的方向 旋转角度"2，如在565所示。角度传感器165测量总角度^，如在570 所表示的，％是角度"2和"3的和，并且提供第一仰角测量信号1305。 例如，角度传感器165是角编码器、磁角分解器或电容角分解器。第 一角度测量信号1305经过低通滤波器1310,以产生滤波后的第一仰 角测量信号1315。具有固有低频噪声的第二角度传感器1245提供第二仰角测量信 号1325,该信号是角度^和可能的低频噪声N2的和(如在1320所示)。 角度传感器1245是例如，惯性传感器。第二高度测量信号1325经过 高通滤波器1330，以产生滤波后的第二仰角测量信号1335。如在1340 所表示的，组合滤波后的第 一仰角测量信号1315和滤波后的第二仰角 测量信号1335 ，以产生补偿仰角测量1345。如在515示意性地示出 的，将补偿仰角测量1345 (识别为 。,6的角度"3的计算值)与来自源 510的仰角基准信号Re組合。所产生的差信号de提供给控制驱动160 的调节器520。驱动160旋转望远镜135，如在530所示，直到差信号 De为零。第一仰角测量信号的特性是它基本不受诸如由于传感器和传感器 电子组件固有的热和电子噪声导致的低频噪声的影响。通过产生滤波 后的第一仰角测量信号1315的低通滤波器1310，消除了由于望远镜 125的旋转加速导致的高频误差。第二仰角测量信号的特性是它基本 不受诸如由于瞄准仪115对望远镜125的旋转加速产生的转矩反作用 力导致的高频噪声的影响。通过产生滤波后的第二仰角测量信号1335 的高通滤波器1330,消除了诸如由于传感器和传感器电子组件固有的 热和电子噪声导致的低频噪声的影响。图14a示出了在1400的低通滤波器1310以及在1405的高通滤波 器1330的传递函数(表示为增益对频率特性)。根据本发明的实施例， 滤波器1310和滤波器1335每一个都被设计为具有传递函数Y,在z 变换中表示如下 <formula>formula see original document page 18</formula>其中U是输入信号(例如，输入信号U在滤波器1310的情况下是第一 仰角测量信号1305,而在滤波器1330的情况下是第二仰角测量信号 1325 )，并且Y是输出信号(例如，输出信号Y在滤波器1310的情况 下是滤波后的第一仰角测量信号1315,而在滤波器1330的情况下是 滤波后的第二仰角测量信号1335 )。对于低通滤波器1310和高通滤波 器1330来说，滤波器系数BO、 Bl、 B2、 B3、 Al、 A2、 A3分别具有不 同的值。图14b示出了组合滤波器1310和1330的传递函数1410 (表示为 增益对频率特性)。设计滤波器1310和1330，以使得传递函数1410 在频率范围内是基本恒定的。例如，一旦已经为适当的低通滤波器1310 选择了滤波器系数，那么就为高通滤波器1330选择系数，以便组合的 传递函数1410在频率范围内是恒定的。用于这两个滤波器的截止频率 范围是例如5-30Hz。图15示出了根据本发明的全站仪1500的实施例的简化正视图。 图15的全站仪不同于图12的全站仪，因为它在瞄准仪115 (而不是 望远镜125)中包括第二角度传感器1545以及包括例如处理器1550 的改进处理电路，所述改进处理电路在望远镜125加速期间降低控制 误差。图16示意性地示出了图15的实施例的望远镜控制环，其在望远 镜125角速度加速时补偿瞄准仪115的反方向旋转。驱动160施加转 矩T3，以加速望远镜125。当望远镜125加速时，相等并且相反的反 作用力转矩1"4作用于瞄准仪125上，从而使瞄准仪115以相反的方向 旋转角度"2,如在565所示。角度传感器165测量总角度^，如在570 所示，角度",是角度a和a的和，并且提供第一仰角测量信号1605。 例如，角度传感器165是角编码器、磁角分解器或电容角分解器。与 图12-13的实施例相比，第一仰角测量信号1605没有被低通滤波。具有固有低频噪声的第二角度传感器1545提供第二仰角测量信 号1625,该信号是角度"2和可能的低频噪声N2的和(如在1620所示)。 也就是说，由于角度传感器1545安装在瞄准仪115上，所以其输出是
瞄准仪115的旋转角度^的直接测量加上任何可应用的低频噪声N2。 例如，角传感器1545是惯性传感器。第二仰角测量信号1625经过高 通滤波器1630，以产生滤波后的第二仰角测量信号1635。如在1640 所表示的，组合滤波后的第 一仰角测量信号16 05和滤波后的第二仰角 测量信号1635，以产生补偿仰角测量1645。在这个实施例中，通过从 第一仰角测量信号1605中减去滤波后的第二仰角测量信号1635来组 合信号。如在515示意性地示出的，将补偿仰角测量1645(识别为^。/￡ 的角度"3的计算值)与来自源510的仰角基准信号Re組合。所产生的 差信号DE提供给控制驱动160的调节器520。驱动160旋转望远镜125， 如在530所示，直到差信号DE为零。第一仰角测量信号1602的特性是它基本不受诸如由于传感器和 传感器电子组件固有的热和电子噪声导致的低频噪声的影响。在这个 实施例中，通过减去由角度传感器1545测量的误差消除其由于望远镜 125的旋转加速导致的高频误差。在这个实施例中，第二仰角测量信号的特性是它大量地包括诸如 由于瞄准仪115对望远镜125的旋转加速产生的转矩反作用力导致的 高频噪声。通过产生滤波后的第二仰角测量信号1635的高通滤波器 1630，消除了诸如由于传感器和传感器电子组件固有的热和电子噪声 导致的低频噪声。图17示出了在1705的高通滤波器1630的传递函数(表示为增益 对频率特性)。根据本发明的实施例，滤波器1630被设计为具有传递 函数Y,在z变换中表示如下一 1 + Jl "-1 + * z-2 + A3 * z-3 其中U是输入信号(例如，输入信号U是第二仰角测量信号1625 )， 并且Y是输出信号(例如，输出信号Y在滤波器1630的情况下是滤波 后的第二仰角测量信号1635 )。用于该滤波器的截止频率范围是例如 5-30Hz(优选较高端)，并且增益在传递函数的平稳状态中应该优选为 1或接近该值。如应当理解的，频率滤波器可以实现为自适应滤波器。作为用于组合来自惯性传感器和角度传感器的输出而使用高通和
低通滤波器的替代，可以使用卡尔曼(Kalman)滤波器。利用传感器 的已知信噪比，卡尔曼滤波器将产生传感器输出融合的最优解决方案。 可以使用卡尔曼滤波器代替频率滤波器和用于滤波器输出的组合器， 因而从该卡尔曼滤波器提供输出，该输出与基准信号组合并且被馈送 到调节器。替代地，卡尔曼滤波器可以具有用于还接收基准信号的另 一个输入，从而产生用于直接输入到瞄准仪驱动的输出。相关领域普 通技术人员，受益于本说明书，将知道怎样基于卡尔曼滤波器的使用 来实现在此介绍的发明思想。图18示出了根据本发明的一个实施例的简化正视图，该实施例组 合了如图6的实施例中的第二方位角传感器645和如图12的实施例中 的第二仰角传感器1245。具有处理器的处理电路1850包括参照图6-8 描述的用于产生在驱动140的控制中使用的补偿方位测量745的功能， 并且包括参照图12-14描述的用于产生在驱动160的控制中使用的补 偿仰角测量1345的功能。图19示出了根据本发明的一个实施例的简化正视图，该实施例组 合了图6和图15的实施例的特征。具有处理器的处理电路1950包括 参照图6-8描述的用于产生在驱动140的控制中使用的补偿方位测量 745的功能，并且包括参照图15-17描述的用于产生在驱动160的控 制中使用的补偿仰角测量1645的功能。图20示出了根据本发明的一个实施例的简化正视图，该实施例组 合了图9和图12的实施例的特征。具有处理器的处理电路2050包括 参照图9-ll描述的用于产生在驱动140的控制中使用的补偿方位测量 1035的功能，并且包括参照图12-14描述的用于产生在驱动160的控 制中使用的补偿仰角测量1345的功能。图21示出了根据本发明的一个实施例的简化正视图，该实施例组 合了图9和图15的实施例的特征。具有处理器的处理电路2150包括 参照图9-11描述的用于产生在驱动140的控制中使用的补偿方位测量 1035的功能，并且包括参照图15-17描述的用于产生在驱动160的控 制中使用的补偿仰角测量1645的功能。根据本发明的实施例，第二角度传感器(分别是角度传感器645、 945、 1245、 1545 )是惯性传感器。惯性传感器可以包括但不限于陀螺
仪、 一个或多个加速计或甚至激光陀螺仪。所选择的惯性传感器的类 型可以取决于诸如大小、重量、成本以及性能等因素。例如，在全站仪中适于使用的是商业上可获得的源于美国纽约的Depew的IMI传感 器的"660系列"可嵌入加速计。如果需要，可以使用单个加速计，但是将经受由于横向于旋转轴 的线性位移导致的误差。图22示意性地示出了根据本发明的实施例的 全站仪2200的俯视图，其中瞄准仪115备有包括单个加速计2250的 第二方位角传感器2245。加速计信号与旋转加速度和到旋转轴的距离 的乘积成正比；如果加速计正好放置在旋转轴上，那么将不能获得任 何信号。如果在瞄准仪115旋转期间发生旋转轴120的横向位移，那 么加速计2250将不仅经受由于瞄准4义115旋转导致的力2260，而且 还经受由轴120的横向位移导致的分力2265，并且从而表示来自加速 计2250的信号中的噪声。由于加速计响应于加速度，该加速度在数学 上是速度的一次导数以及位移的二次导数，所以来自加速计的信号被 一次积分以获得角速度，如在2280示意性地指示的，并且被二次积分 以获得角偏移，如在2285所指示。图23示意性地示出了根据本发明的实施例的全站仪2300的俯视 图，其中瞄准仪115备有包括一对加速计2350和2355的第二方位角 传感器2345。如果在瞄准仪115旋转期间发生旋转轴120的横向位移， 那么加速计2350将不仅经受由于瞄准仪115旋转导致的力2360，而 且还经受由轴120的横向位移导致的分力2365,并且从而表示来自加 速计2350的信号中的噪声。加速计2355将同时经受由于瞄准仪115 的旋转导致的力以及由于轴120的横向位移导致的分力，并且从而表 示来自加速计2355的信号中的噪声。如果加速计2350和2355如图所 示放置在旋转轴的相对面，那么当信号的相位相反时增加其信号将使 其信号的横向位移(噪声)分量抵消，当信号彼此同相时增加其信号 将使其信号的角位移(期望的信息)分量相加。如在2380示意性地示 出的，组合来自加速计2350和2355的信号之后，如在2385所指示， 将该组合的信号一次积分以获得角速度，并且如在2390所指示，将其 二次积分以获得角位移。信号处理方案被示意性地描述，以说明该处理的功能特性。使用 各种已知技术可以实现这些功能特性。例如，可以使用完全模拟信号 处理组件执行信号处理。例如，可以通过根据需要将信号从模拟形式 转换到数字形式并且使用数字信号处理组件来执行信号处理。数字信 号处理组件可以是专用组件和/或一个或多个编程通用处理器或孩i控 制器，或这些组件的任意组合。全站仪通常具有主处理器，该主处理 器被编程以执行各种功能并且根据本发明的实施例的主处理器被编程 以执行所描述的信号处理功能的某些功能或所有功能。图24示出了根据本发明的一个实施例的信号处理电路功能2400 的另一个例子。在这个例子中，高通滤波功能以两部分来执行。光学 角编码器2405 (例如用作方位角传感器145或仰角传感器165)向数 字低通滤波器2410提供数字第一角度位置信号。陀螺仪2445提供模 拟第二角度位置信号，该信号在通过放大器2455之前经过模拟高通滤 波器2450，并被提供给模数转换器2460。所产生的第二数字角度位置 信号通过数字高通滤波器2465。在求和功能中，来自数字低通滤波器 2410的滤波后的第一角度位置信号与来自数字高通滤波器2465的滤 波后的第二角度位置信号组合，以产生在控制诸如方位驱动140或仰 角驱动160中使用的补偿角位置测量2475。例如，数字低通滤波器 2410、数字高通滤波器2465以及求和功能2470中的每一个都被实现 为在通用处理器或微控制器和/或其它适当的设备中执行的程序指令。图25示出了根据本发明的实施例的信号处理电路功能2500的另 一个例子。在这个例子中，高通滤波功能以两部分来执行。光学角编 码器2505 (例如用作方位角传感器145或仰角传感器165)向数字低 通滤波器2510提供数字第一角度位置信号。来自一对加速计2515、 2520的模拟信号在模拟求和功能2525中被组合，并且所产生的组合 后的加速计信号在通过放大器2535之前经过模拟一阶高通滤波器 2530，并且被提供给模数转换器2540。然后来自模/数转换器2540的 数字信号经过数字三阶高通滤波器2545并且在过程2550中两次积分， 以产生滤波后的第二角度位置信号。滤波后的第一角度位置信号和滤 波后的第二角度位置信号在数字求和功能2555中组合，以产生补偿的 角度位置测量2560,该测量2560用于控制诸如方位驱动140或仰角 驱动160。例如，数字低通滤波器2510、数字高通滤波器2545、两次
积分功能2550以及求和功能2555中的每一个都被实现为在通用处理 器或微控制器和/或其它适当的设备中执行的程序指令。图26示出了例如在图24的实施例中有用的滤波器的传递特性。 曲线2610表示数字低通滤波器2410的特性。曲线2635表示模拟高通 滤波器2450的特性。曲线2680表示数字高通滤波器2465的特性。根据本发明的实施例包括结合了上述一个或多个惯性传感器的大 地测量仪。例如，图27示意性地示出了根据本发明的一个实施例的全 站仪的局部剖面的正视图，并且图28是这样的全站仪的功能框图。参照图27，全站仪2700具有安装在可调节的三角基座2704上的 用于绕支撑轴2706旋转的瞄准仪2702，当瞄准仪2702是水平的时候， 支撑轴2706是垂直的。具有带有光学中心线(瞄准线)2712的望远 镜2710的望远镜单元2708被安装为绕与支撑轴2706正交的仰角轴 2714旋转。响应于控制信号，可控水平驱动2716绕支撑轴2706旋转瞄准仪 2702。当瞄准仪2702旋转时，由水平角度传感器2720检测相对于三 角基座2704固定的刻度圈2718的标记。惯性传感器2780检测瞄准仪 2702的方位方向；图中示出惯性传感器2780安装在瞄准仪2702上， 但是如上所述，也可以将其安装在基座2704上。响应于控制信号，可 控垂直驱动2722绕仰角轴2714旋转望远镜单元2708。当望远镜单元 2708旋转时，由垂直角度传感器2726检测相对于望远镜单元2708固 定的刻度圈2724的标记。惯性传感器2790检测望远镜单元2708的仰 角方向；图中示出惯性传感器2790安装在瞄准仪2702上，但是如上 所述，也可以将其安装在望远镜单元2708上。具有手动可操作旋钮的 水平控制2728以及具有手动可操作旋钮的垂直控制2730向用户提供 分别用于控制水平驱动2716和垂直驱动2722的输入。瞄准仪2702可以绕支撑轴2706旋转到任意希望的角度，并且望 远镜单元2720可以绕仰角轴2714旋转到任意希望的角度，即使是超 过360度的角度，用于将望远镜2710瞄准在任意位置的外部目标。集 电环2732提供从外部电源(如图28所示)到瞄准仪2702的电源传输 和/或在瞄准仪2702和外部控制单元(如图28所示)之间的数据和命 令的通信。集电环2734提供从瞄准4义2702到望远镜单元2708的电源传输以及在瞄准仪2702和望远镜单元2708之间的数据和命令的通信。 瞄准仪2702包括方便运输的手柄2736。光测悬锤2738被提供， 以便通过垂直向下发射与支撑轴2706同轴的光束来帮助全站仪2700 在测量标石或其它选择点上的手动定位。诸如参照图1-8描述的倾角 检测器2740在两个彼此正交方向上提供了表示瞄准仪2702的倾角的 信号，并且因此能够架起全站仪，使得支撑轴2706是竖直的，并且仰 角轴是水平的。具有天线2744的无线电模块2742提供在全站仪2700和外部无线 电控制单元(如图28所示)之间的数据和命令的通信。电池2746被 提供，以便为全站仪2700供电。全站仪2700还具有带有键盘和/或其 它输入设备以及显示屏的可拆卸的控制单元(如图28所示)。参照图28的框图2800,虚线指示其中配置了各个元件的物理单 元。在瞄准仪2702中有连接到电池2746的电源2802，用于向主处理 器2804和全站仪的其它元件供电。主处理器2804包括未示出的相关 内存、程序存储器等。图中没有示出电源连接，以便组件的功能关系 不会模糊。通过从电源2802到全站仪的组件的各个连接和/或通过诸 如组合电源分配以及数据传输的通用串行总线(USB )等总线提供电源。 类似地，在主处理器2804和全站仪的其它组件之间的通信是通过各个 连接和/或通过诸如通用串行总线等公共总线进行的。集电环2732向 具有电源2810和/或外部控制单元2812的外部单元2808提供电连接。 集电环2734提供在主处理器2804和望远镜单元2708的组件之间的数 据通信以及向望远镜单元2708的组件供电。每个功能元件都是在主处 理2804的控制下，并且可以命令其向主处理器2804传输测量结果。水平控制2728，垂直控制2730以及聚焦控制2814提供了命令的 手动输入，以设置瞄准仪2702的方位角方向、望远镜单元2708的仰 角以及望远镜2710的光焦点。通过接口 2816向主处理2804传送这些 命令。可拆卸的控制台2818提供显示屏2820以及诸如键盘和/或触摸 屏等的输入设备。控制台2818用于在操作人员和全站仪之间通信，使 得能够手动输入命令和数据并显示用户的菜单和数据。控制台2818包 括输入/输出处理器2824，用于管理与主处理器2804的通信并且支持 诸如大地测量计算等其它任务。控制台2818通过连接器2826与主处理器2804以及电源2802连接。无线电模块2742通过总线与主处理器2804通信并且通过天线 2744与具有天线2828的无线电控制单元1026通信。可以从无线电控 制单元1026远程控制全站仪，例如当位于测量目标时。望远镜单元2708包括距离测量模块2830、伺服聚焦模块2832、 跟踪器才莫块2834以及跟踪辅助才莫块2836。距离测量模块2830例如通过向目标发射光并检测反射光的相位 变化或者通过向目标发射光脉冲并确定反射脉冲的飞行时间来测量全 站仪到目标的距离。在距离测量模块2830的电路和/或主处理器2804 中执行距离测量计算。响应于聚焦控制2814的手动调节和/或伺服聚焦模块2832中的自 动聚焦电路，伺服聚焦模块2832根据来自主处理器2804的信号提供 望远镜光学装置的可控聚焦。跟踪器模块2834使全站仪能够在目标移动的时候自动将望远镜 瞄准目标并跟踪目标。跟踪器模块2834通过望远镜光学装置发射窄光 束。当该光从目标反射时，该光就被传感器检测到，传感器向主处理 器2804发送跟踪信号以指示需要改变的方位和仰角。跟踪辅助模块2836通过发射直射的光来辅助操作人员将可移动 目标置于望远镜的光轴中，该光使操作人员在将光定位在望远镜的瞄 准线的一侧或另一侧时可以看到各自不同的颜色。主处理器2804由从水平角度传感器2720接收的信号知道瞄准仪 2702的方位方向。通过从主处理器2804发送到水平驱动控制器2840 的信号来命令瞄准仪2702的方位方向。水平驱动2716响应于水平驱 动控制器2840,用于绕支撑轴2706旋转瞄准仪2702。主处理器2804 由从垂直角度传感器2726接收的信号知道望远镜单元2708的仰角。 通过从主处理器2804发送到垂直驱动控制器2842的信号命令望远镜 单元2708的仰角。垂直驱动2722响应于垂直驱动控制器2842,用于 绕仰角轴2714旋转望远镜单元2708。主处理器2804从下列几个源中的一个确定希望的方位和仰角控 制2728和2730的手动设置、通过输入设备2822手动输入的数据、来 自无线电控制单元1026的远程命令以及当启动跟踪功能时来自跟踪器2834的自动信号。
为了清楚起见，没有示出以及描述在此描述的实现的所有常规特 征。应当理解，在任何这样的实际实现的开发中，为了实现开发者的 具体目标，诸如与应用兼容以及商业相关的限制等，必须进行各种具 体实现的判断，并且应当理解这些具体的目标将根据实现以及开发者 的不同而变化。另外，应当理解，虽然这样的开发努力可能是复杂并 耗时的，但是对于本领域的普通技术人员来说，得益于本公开，将仍 然是常规的工程任务。尽管已经示出并描述了根据本发明的实施例和应用，但是对于本 领域的普通技术人员来说显而易见的是，得益于本公开，在不偏离此 处的本发明构思的情况下可以进行比上述更多的修改。因此，除了在 所附的权利要求中的精神之外，本发明不能被限制。
结论
这里公开了用于诸如全站仪等仪器中角位移的补偿测量的方法和 装置。通过使用角分解器和惯性传感器的组合获得了角位移的改进和 补偿测量。通过组合分别来自角分解器和惯性传感器的至少部分输出 信号产生了补偿角度位置测量。
权利要求
1. 一种仪器，包括a) 第一组件(105， 115),b) 第二组件(115， 125)，该第二组件被所述第一组件支撑，以 用于相对于所述第一组件绕第一轴(120， 130)的旋转，c) 第一驱动(140, 160 ),用于绕所述第一轴旋转所述第二组件，d) 第一角度传感器(145， 165)，其产生第一角度位置信号(705, 1005, 1305, 1605 ),该第一角度位置信号表示所述第二组件 相对于第一基准(205, 410 )的关于所述第一轴的角度位置e) 第二角度传感器(645， 945, 1245， 1545 )，其用于产生第二 角度位置信号(725， 1015， 1325, 1625 ),该第二角位置信号 表示(A)所述第一基准相对于第二基准(200, 405 )的角位 移(^，A)，以及(B)所述第二组件相对于第二基准(200， 405 ) 的关于所述第一轴的角度位置(％，"3)中的一个，以及f) 信号处理器(740， 1030， 1340， 1640 )，其通过组合所述第一 角度位置信号以及所述第二角度位置信号的至少部分信号来 产生所述第二组件相对于所述第二基准的第一补偿角度位置 测量(45, 1035， 1345, 1645 )。
2. 根据权利要求1所述的仪器，还包括a) 第三组件(125)，该第三组件被所述第二组件(115)支撑， 用于相对于所述第二组件绕第二轴(130)的旋转，b) 第二驱动(160)，用于绕所述第二轴旋转所述第三组件，c) 第三角度传感器(165),其产生第三角度位置信号(1305， 1605 )，该第三角度位置信号表示所述第三组件相对于第三基 准(410)的关于所述第二轴的角度位置(",)，以及d) 第四角度传感器(1245 ， 1545 ),其产生第四角度位置信号(1326, 1625 ),该第四角度位置信号表示U )所述第三基准 相对于第四基准(405 )的角位移("2)，以及(ii )所述第四 组件相对于所述第四基准(405 )的关于所述第二轴的角度位 置(^)中的一个， 其中所述信号处理器进一步通过组合所述第三角度位置信号 以及所述第四角度位置信号的至少部分信号来产生所述第三组件相对于所述第四基准的第二补偿角度位置测量(1345, 1645 )。
3. 根据权利要求l-2中任一项所述的仪器，其中所述仪器(IOO) 是大地测量仪，其中所述第一组件是基座(105 )并且所述第二组 件是瞄准仪(115)。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的仪器，其中所述仪器(100) 是大地测量仪，并且所述第三组件是望远镜(125)。
5. 根据权利要求1所述的仪器，其中所述仪器(100)是大地测 量仪，所述第一组件是瞄准仪(115 )并且所述第二组件是望远镜(125)。
6. 根据权利要求3-4中任一项所述的仪器，其中所述第一基准 (205 )相对于所述基座是固定的。
7. 根据权利要求3-4或6中任一项所述的仪器，其中所述第二基 准(200 )是在所述基座的外部。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的仪器，其中所述第一角度传 感器(145， 165)包括角分解器。
9. 根据权利要求8所述的仪器，其中所述第一角度传感器(145, 165)包括光角编码器、磁角分解器以及电容角分解器中的一个。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的仪器，其中所述第二角度 传感器(645, 945， 1245， 1545 )包括惯性传感器。
11. 根据权利要求10所述的仪器，其中所述第二角度传感器 (645， 945, 1245， 1545 )包括加速计(2250， 2350, 2355 )和陀螺仪(2445 )中的一个。
12. 根据权利要求1-11中任一项所述的仪器，其中所述第一角 度位置信号(705, 1005， 1305， 1605 )在较低频带中比在较高频 带中具有更高的精确度。
13. 根据权利要求1-12中任一项所述的仪器，其中所述第二角 度位置信号(725， 1015, 1325， 1625 )在较低频带中比在较高频 带中具有更高的噪声。
14. 根据权利要求1-13中任一项所述的仪器，其中，由于随着所述第二组件(115， 125)绕所述第一轴(120, 130 )的加速而 作用在所述第一组件(105， 115)的反作用力扭矩(T2， T4),使 得所述第一基准(205， 410)发生角位移(^,cO，从而在所述第一 角度位置信号中引入了相应的误差。
15. 根据权利要求1-14中任一项所述的仪器，其中所述第二角 度传感器(645, 945， 1245, 1545 )安装在所述第一组件(105, 115 )上，并且所述第二角度位置信号(725， 1015， 1325， 1625 ) 表示所述第一基准(205， 410)相对于第二基准(200, 405 )的角位移"，"2)。
16. 根据权利要求1-15中任一项所述的仪器，其中所述第二角 度传感器(645, 945， 1245， 1545 )安装在所述第二组件(115， 125)上，并且所述第二角度位置信号(725， 1015， 1325, 1625 ) 表示所述第二组件相对于第二基准(200， 405 )的关于所述第一 轴(120, 130 )的角度位置(^,"3)。
17. 根据权利要求1-16中任一项所述的仪器，其中所述信号处 理器包括第一频率滤波器(710， 1310)、第二频率滤波器(730， 1330 )以及组合器(740， 1340 )，并且其中所述第一角度位置信 号(705， 1305 )经过所述第一频率滤波器以产生滤波后的第一角 度位置信号(705， 1305 )，所述第二角度位置信号(725, 1325 ) 经过所述第二频率滤波器(730， 1330 )以产生滤波后的第二角度 位置信号(735， 1335 ),以及所述组合器将滤波后的第一角度位 置信号和滤波后的第二角度位置信号组合以产生所述第一补偿角 度位置测量信号(745， 1345 )。
18. 根据权利要求1-16中任一项所述的仪器，其中所述信号处 理器包括频率滤波器(1020， 1630 )以及组合器(1030， 1640 )， 并且其中所述第二角度位置信号(1015， 1625 )经过所述频率滤 波器(1020, 1630 )以产生滤波后的第二角度位置信号(1025， 1635 )，以及所述组合器将所述第一角度位置信号和滤波后的第二 角度位置信号组合以产生所述第一补偿角度位置测量信号(1035, 1645 )。
19. 根据权利要求15所述的仪器，其中所述第一频率滤波器是 低通滤波器并且所述第二频率滤波器是高通滤波器。
20. 根据权利要求15-16中任一项所述的仪器，其中所述第一频 率滤波器以及所述第二频率滤波器中的至少 一个包括模拟滤波器 元件(2450, 2530 )。
21. 根据权利要求15-17中任一项所迷的仪器，其中所述第一频 率滤波器以及所述第二频率滤波器中的至少 一个包括数字滤波器 元件(2410, 2465 )。
22. 根据权利要求18所述的仪器，其中所述数字滤波器元件是 被实现为通用数字滤波器(650, 950， 1250， 1550, 2804 )中的 程序指令。
23. 根据权利要求15-19中任一项所述的仪器，其中当组合时， 所述第一频率滤波器的传递函数以及所述第二频率滤波器的传递 函数在频率(810， 1410)范围内是恒定的。
24. 根据权利要求20所述的仪器，其中所述第一频率滤波器和 所述第二频率滤波器是自适应滤波器。
25. —种控制仪器的方法，该仪器具有 第一组件(105， 115),第二组件(115、 125)，该第二组件被所述第一组件支撑，用于相 对于所述第一组件绕第一轴(120， 130)的旋转， 第一驱动(140， 160),该第一驱动用于响应于控制信号(^,Dj绕 所述第 一轴旋转所迷第二组件， 所述方法包括i )从第一角度传感器(H5， 165 )获得第一角度位置信号(705， 1005, 1305， 1605 )，该第一角度位置信号表示所述第二组件相对 于第一基准(205， 410)的关于所述第一轴的角度位置(&60,ii) 从第二角度传感器(645， 945， 1245, 1545 )获得第二角度位 置信号(725， 1015， 1325， 1625 )，该第二角度位置信号表示(i ) 所述第一基准相对于第二基准的角位移(％, 2)，以及(ii )所述第 二组件相对于第二基准(200， 405 )的关于所述第一轴的角度位 置(外,"3)中的一个，iii) 组合所述第一角度位置信号以及所述第二角度位置信号的 至少部分信号来产生第一补偿角度位置测量(45， 1035， 1345， 1645 )，以及iv)将从所述第一补偿角度位置测量导出的控制信号施加到所述 第一驱动。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述仪器还包括 第三组件(125 )，该第三组件被所述第二组件(115 )支撑，用于 相对于所述第二组件绕第二轴(130)的旋转， 第二驱动(160)，用于绕所述第二轴旋转所述第三组件，并且 其中所述方法还包括i )从第三角度传感器(165 )获得第三角度位置信号(1305， 1605 )， 该第三角度位置信号表示所述第三组件相对于第三基准(410)的 关于所述第二轴的角度位置(A)，ii )从第四角度传感器(1245,1545 )获得第四角度位置信号(1326， 1625 )，该第四角度位置信号表示(A)所述第三基准相对于第四 基准(405 )的角位移("2)，以及(B)所述第四组件相对于所述第 四基准(405 )的关于所述第二轴的角度位置(cO中的一个，iii )组合所述第三角度位置信号以及所述第四角度位置信号的至 少部分信号以产生第二补偿角度位置测量(1345， 1645 )，以及 iv)将从所述第二补偿角度位置测量导出的控制信号施加到所述 第二驱动。
全文摘要
本发明公开了用于在诸如全站仪等仪器(600)中的角位移的补偿测量的方法和装置。通过使用例如角分解器(145)和惯性传感器(645)的组合获得了角度位移的改进和补偿测量。通过组合分别来自角分解器和惯性传感器的至少部分输出信号来产生补偿角度位置测量。
文档编号G01C15/00GK101124455SQ200580046526
公开日2008年2月13日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年1月12日
发明者M·赫德曼, T·克朗 申请人:特林布尔公司