專利名稱：基于液浮鏡面光學(xué)自準(zhǔn)式的準(zhǔn)動態(tài)精密水平測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該方法主要適用于在準(zhǔn)動態(tài)(介于全靜態(tài)和高動態(tài)之間)環(huán)境條件下，通過檢測 物體表面相對大地水平的變化情況，實現(xiàn)運動物體水平姿態(tài)變化的實時精密測量，在慣性 導(dǎo)航設(shè)備的支持下，可以用于高動態(tài)運動物體姿態(tài)變化測量。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域主要包括光學(xué)自準(zhǔn)精密水平測量技術(shù)；大型物體(如錨泊狀態(tài)的水面船舶、高層樓房、各類橋梁、火箭發(fā)射的發(fā)射平臺 等)水平方向姿態(tài)變化、結(jié)構(gòu)變形的實時精密測量技術(shù)；慣導(dǎo)設(shè)備水平精度鑒定技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前水平測量方式主要包括靜態(tài)環(huán)境水平測量、動態(tài)環(huán)境水平測量兩種。靜態(tài)環(huán)境水平測量的主要工具是各種水平傾斜檢測儀器，最常用的有合像水平 儀、電子水平儀等。測量范圍從幾十角秒到幾十角分，測量精度從零點幾秒到幾十角分，技 術(shù)性能相差很大，通常測量范圍大的測量精度低，測量精度高的測量范圍小。動態(tài)環(huán)境水平測量的主要工具是各種慣性導(dǎo)航檢測設(shè)備，最常用的有電子水平 儀、慣性導(dǎo)航儀器、傾角測量儀等。測量范圍從幾度到幾十度，測量精度從幾十角秒到幾十 角分，就目前而言，它們的動態(tài)水平測量精度很難達(dá)到10角秒以下?，F(xiàn)有這些測量方法難以滿足同時具備動態(tài)、實時、精密的特殊要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了在準(zhǔn)動態(tài)(介于全靜態(tài)和高動態(tài)之間)環(huán)境條件下，實現(xiàn)同時具備動態(tài)、實 時、精密的特殊測量要求。提出了基于“液浮反射式鏡面基準(zhǔn)+光學(xué)自準(zhǔn)式測量工具”的系 統(tǒng)主體實現(xiàn)方法。該方法以液浮反射式鏡面跟蹤當(dāng)?shù)卮蟮氐乩硭阶鳛榻^對水平參考基 準(zhǔn)，利用光學(xué)自準(zhǔn)式測量光管作為被檢物體水平姿態(tài)變化情況的檢測手段，在同步信號和 控制微機(jī)的控制下實現(xiàn)物體水平姿態(tài)信息的實時自動精密測量?；谝焊＄R面光學(xué)自準(zhǔn)式的準(zhǔn)動態(tài)精密水平測量方法的設(shè)備組成主要包括光學(xué) 自準(zhǔn)式測量工具(含光學(xué)自準(zhǔn)測量光管、光電探測接收器件等、數(shù)據(jù)采集傳輸控制)、液浮 反射式鏡面基準(zhǔn)(含浮液、光學(xué)反射鏡組合體、殼體等)、同步控制與信息處理(含控制微 機(jī)、接口電路、時碼終端等)共三個部分。 液浮鏡面光學(xué)自準(zhǔn)測量總體組成原理如附圖所示。光學(xué)自準(zhǔn)式測量工具主要用于實時監(jiān)測被檢物體檢測基面相對大地水平參考平 面夾角的變化情況。它的組成主要包括光學(xué)自準(zhǔn)測量光管、光電探測接收器件、數(shù)據(jù)采集 傳輸控制等。由光學(xué)自準(zhǔn)測量光管發(fā)出的平行光線經(jīng)反射鏡反射后成像在位于焦平面的光 電探測接收器件。其中光電探測接收器件可以選擇數(shù)字(模擬)面陣CCD。在精心設(shè)計和 嚴(yán)格裝調(diào)的情況下，該組合的測量精度可以達(dá)到< 1"。液浮反射式鏡面基準(zhǔn)主要利用液體的自重力自準(zhǔn)水平性原理，自動跟蹤當(dāng)?shù)卮蟮氐乩硭?，為?zhǔn)動態(tài)的實時精密水平測量提供參考基準(zhǔn)。它的組成主要包括浮液、光學(xué)反 射鏡組合體、殼體等。同步控制與信息處理主要用于實時信息交換處理，是系統(tǒng)內(nèi)外信息交換、數(shù)據(jù)處 理、狀態(tài)控制的中心環(huán)節(jié)。它的組成主要包括時碼終端、控制微機(jī)(含硬件電路、工作軟件 等)、接口電路等。在同步信號的控制下，首先接收來自光電探測接收器件的測量信息，進(jìn)行 計算處理、數(shù)據(jù)記錄、信息顯示，最后可將結(jié)果信息通過接口電路輸出給其它用戶。結(jié)果數(shù) 據(jù)主要包括采樣時刻動態(tài)物體水平姿態(tài)(縱向、橫向)角度變化信息。系統(tǒng)主要參考指標(biāo)如下縱向水平測量誤差3. 0"(均方根值)橫向水平測量誤差3. 0"(均方根值)縱向水平測量范圍彡士(15. 0-30. 0)‘(相對真實的大地水平)橫向水平測量范圍彡士(15. 0-30. 0)‘(相對真實的大地水平)測量數(shù)據(jù)采樣頻率^ 5Hz-20Hz (具體依據(jù)需要確定)


圖的說明圖液浮鏡面光學(xué)自準(zhǔn)測量總體組成原理實施方式該測量方法的工作方式是以液浮反射式鏡面跟蹤當(dāng)?shù)卮蟮氐乩硭阶鳛榻^對水 平參考基準(zhǔn)，利用光學(xué)自準(zhǔn)式測量光管作為被檢物體水平姿態(tài)變化情況的檢測手段，在同 步信號和控制微機(jī)的控制下實現(xiàn)物體水平姿態(tài)信息的實時自動精密測量。液浮反射式鏡面基準(zhǔn)主要利用液體的自重力自準(zhǔn)水平性原理，自動跟蹤當(dāng)?shù)卮蟮?地理水平平面，為準(zhǔn)動態(tài)的實時精密水平測量提供參考基準(zhǔn)。光學(xué)自準(zhǔn)式測量工具主要通 過光電探測接收器件實時監(jiān)測被檢物體檢測基面相對大地水平參考平面夾角的變化情況。 同步控制與信息處理主要用于實時信息交換處理，是系統(tǒng)內(nèi)外信息交換、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)控 制的中心環(huán)節(jié)。結(jié)果數(shù)據(jù)主要包括采樣時刻動態(tài)物體水平姿態(tài)(縱向、橫向)角度變化信 肩、ο該測量方法具有分布式、實時性、精確性、自動化的特點。單套可以完成準(zhǔn)動態(tài)水 平姿態(tài)測量，兩套差分可以完成大型結(jié)構(gòu)變形測量，單套加其它專用輔助設(shè)備可以完成高 動態(tài)、大范圍運動載體的實時精密水平姿態(tài)測量。
權(quán)利要求
1.水平姿態(tài)測量總體實現(xiàn)方法采用基于“液浮反射式鏡面基準(zhǔn)+光學(xué)自準(zhǔn)式測量工具”進(jìn)行水平姿態(tài)信息測量的主 體設(shè)計實現(xiàn)方法。它以液浮反射式鏡面基準(zhǔn)跟蹤當(dāng)?shù)卮蟮氐乩硭?，利用光學(xué)自準(zhǔn)式測量 工具作為水平姿態(tài)檢測手段，在控制微機(jī)的同步控制下實現(xiàn)物體水平姿態(tài)信息測量。
2.動態(tài)液浮鏡面水平參考基準(zhǔn)采用漂浮于液體表面的光學(xué)反射鏡作為動態(tài)測量環(huán)境條件下的水平參考基準(zhǔn)。
全文摘要
為了在準(zhǔn)動態(tài)(介于全靜態(tài)和高動態(tài)之間)環(huán)境條件下，實現(xiàn)同時具備動態(tài)、實時、精密的特殊測量要求。提出了基于“液浮反射式鏡面基準(zhǔn)+光學(xué)自準(zhǔn)式測量工具”的系統(tǒng)主體實現(xiàn)方法。該方法以液浮反射式鏡面跟蹤當(dāng)?shù)卮蟮氐乩硭阶鳛榻^對水平參考基準(zhǔn)，利用光學(xué)自準(zhǔn)式測量光管作為被檢物體水平姿態(tài)變化情況的檢測手段，在同步信號和控制微機(jī)的控制下實現(xiàn)物體水平姿態(tài)信息的實時自動精密測量。該測量方法具有分布式、實時性、精確性、自動化的特點?？梢杂糜跍?zhǔn)動態(tài)下運動物體水平姿態(tài)、大型結(jié)構(gòu)部件變形等的測量。
文檔編號G01C9/18GK102128614SQ201010022838
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者馮小勇 申請人:馮小勇