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• 3.3 全站仪的望远镜与补偿器 • 南方NTS-362LNB系列全站仪2018年1月推出。 • 1) 三同轴望远镜 • 全站仪望远镜的视准轴、激光发射光轴、 • 回光接收光轴三轴同轴，望远镜瞄准棱镜中心， • 就能同时测定目标点的水平角、竖直角和斜距。
• NTS-362LNB系列全站仪三同轴光路图
• 3) 电子补偿器 • 仪器未精确整平致使竖轴倾斜引起的角度误差 • 不能通过盘左、盘右观测取平均抵消 • 为了消除竖轴倾斜误差对角度观测的影响 • 全站仪设有电子补偿器。 • 打开电子补偿器时，系统将竖轴倾斜量 • 分解成视准轴方向(X轴)和横轴方向(Y轴)两个分量 • 进行倾斜补偿，简称双轴补偿。
• 若液体腔的面积足够大，和空气介面形成镜面反射
• 当倾斜角δ不是很大时，该传感器的线性度很好
• 是目前精度较高的双轴倾斜补偿器。
• 南方NTS-362LN系列全站仪反射式双轴补偿器的
• 补偿范围理论上可以达到±27'，补偿精度为±2"。
• 液体反射式双轴电子补偿器原理
•南方测绘集团北京三鼎光电仪器有限公司 •自主研发的第4代液体反射式双轴电子补偿器 •理论补偿范围高达±27'。
• 在玻璃度盘上均匀刻划n条圆心角相等,宽度不等线条
• 测量时用平行光照射玻璃度盘 • 线条影像投射到度盘另一侧的CCD像元上 • CPU读入CCD像元的一帧信号，经计算处理求得： • ①线条在CCD像元投影影像的间距l • ②读数指标到第i条线条的距离x • ③一组关于线条宽度b的序列。
• 将这些较 • 求出CCD像元读数指标位于 • 第i条线条和第i+1条线条之间 • 全站仪当前视准轴方向以秒为单位的度盘读数为
• 点光源影像偏移面阵图像传感器中心的距离为d，
• 偏距d在X轴方向的分量为dX • 在Y轴方向的分量为dY， • 则仪器竖轴在X轴方向的倾角δX • 在Y轴方向的倾角δY的计算公式为
X 2n arctan( dX f ) Y 2n arctan( dX f )
• n为补偿器液体的折射率，f为透镜的焦距
• 2) 竖直角测量原理 • 竖直面内，视线与水平线的夹角 • 视线在水平线以上——仰角，竖直角>0 • 视线在水平线以下——俯角，竖直角<0 • 竖直面内安置刻度圆盘 • 视线水平时，竖盘读数为90o • 视线倾斜时，竖盘读数为L • 视线方向的竖直角α=90o－L
• 3.2 全站仪电子测角原理 • 全站仪(total station)电子测角是利用光电转换原理 • 和微处理器自动测量度盘的读数 • 测量结果输出到仪器屏幕显示 • 两种测角方法：动态测量，静态测量。 • 动态测量主要用于高精度的角度测量 • 但结构复杂、成本高、可靠性低，现已很少采用。 • 常用静态测量方法 • 两种静态测量方法：增量式测量，绝对式测量。
• 1) 增量式测量 • 三种增量式测角方法：光栅式、容栅式、磁栅式。 • 上世纪90年代国外和目前国内常用的电子测角方法。 • 由一对光栅度盘组成，分为主光栅和指示光栅。 • 主光栅度盘上均匀刻划16200条线划 • 相邻两条线划的圆心角为360o×3600"/16200=80" • 指示光栅由游标窗口和零位线条组成。 • 主光栅度盘和指示光栅度盘分别安装在全站仪的 • 竖轴或横轴的定子轴和转子轴上 • 两盘须保持同心和平行，度盘间隙为0.02~0.03mm。 • 在平行光的照射下，主光栅和游标窗口相对运动时 • 产生两路明暗变化周期信号,两路信号相位差为90o
• 3.4 全站仪的结构与安置 • 南方NTS-362R6LNB蓝牙免棱镜测距全站仪
• 南方NTS-362R6LNB全站仪主要技术参数 • ① 望远镜：正像,物镜孔径45mm,放大倍率30× • 视场角1o30'，最短对光距离1.4m • ② 度盘：绝对式测角度盘,直径79mm • 测距光波波长0.65~0.69μm的红色激光 • ③ 测角精度:双轴补偿,一测回方向观测中数中误差±2" • ④ 测距：最大测程5km(单棱镜),误差2mm+2ppm • 免棱镜测程300m,反射片测程600m,误差3mm+2ppm • ⑤ 内存：4MB闪存,最多可以存储3.7万个点的数据。 • ⑥ 通讯接口：RS-232C接口/miniUSB接口/SD卡插口 • 内置蓝牙模块； • ⑦ 电池：LB-01可充电锂电池，7.4V/3100mAh • 一块满电电池可供连续测距8h。
• 2) 按键 • 全站仪测量通过操作面板按键选择命令进行 • 面板按键分硬键和软键(也称功能键)两种。 • 每个硬键有一个固定功能，或兼有第二、第三功能 • 软键—— • 用于执行机载软件的菜单命令 • 软键的功能通过屏幕最下一行对应位置的字符提示 • 在不同模式或执行不同命令时，软键的功能也不相同。
• 根据两路信号的相位关系、电平变化 • 把模拟信号变为数字信号后，进行加减计数 • 得出全站仪竖轴或横轴转动角度的粗略变化(每步80") • 这两路信号经过CPU采样后，进行反三角函数计算 • 细分出以秒为单位的角度变化，再和计数值衔接 • 得到准确的角度值。 • 增量式测角方法的缺点是： • ①主光栅度盘和指示光栅度盘间隙太小0.02~0.03mm • 易蹭盘，不适合在恶劣环境下使用。 • ②测量过程中，若计数脉冲丢失， • 80"或80"倍数误差将传递下去,零位误差也传递下去。
• 2) 绝对式测量 • 目前国外知名厂家普遍采用的电子测角方法 • 图像识别技术在电子测角应用的成果。 • 在玻璃度盘上均匀刻划n条圆心角相等,宽度不等线条 • 一个圆周的圆心角为360o×3600"=1296000" • 度盘任意两条相邻线条所夹的圆心角为 • δ"=1296000÷n • 线条宽b按一定规律变化, • 设度盘绝对零点线宽——b0 • 第一条线宽为b1，第二条线宽为b2，…… • 最后一条线宽为bn， • 其变化规律预先存入全站仪的主板存储器中。
第3章 全站仪角度测量
• 角度测量——测量地面点连线的水平夹角， • 视线方向与水平面的竖直角。 • 角度类型——水平角，竖直角 • 仪器——经纬仪，全站仪 • 角度测量的作用 • 水平角——求算点的平面位置 • 竖直角——测定高差，或将斜距化算为平距。
• 3.1 角度测量原理 • 1) 水平角测量原理 • 地面一点与两目标点连线 • 投影至水平面的夹角∠A'B'C' • 或过B、C两点铅垂面 • 与过B、A两点铅垂面两面角 • 在B点水平安置刻度圆盘 • (顺时针注记) • 测出 BA方向的度盘读数 a • BC方向的度盘读数 c • 水平角β=c－a