[科普中国]-电子经纬仪

简介

经纬仪是一种常规的测量仪器，广泛应用于军事、建设等诸多行业。电子经纬仪是集光、机、电、计算为一体的自动化、高精度的光学仪器，是在光学经纬仪的电子化智能化基础上，采用了电子细分、控制处理技术和滤波技术，实现测量读数的智能化。 电子经纬仪既可单独作为测角仪器完成导线测量等测量工作，又可与激光测距仪、电子手簿等组合成全站仪，与陀螺仪、卫星定位仪、激光测距机等组成炮兵测地系统，实现边角连测、定位、定向筹各种测量。在采用点阵式双面双排液晶显示和标准的（RS232、RS485、USB2.0 和最近发展起来的篮牙技术等）通讯接口后，既可直接读数，同时又可实现数据通讯。电子经纬仪能够实现数据的液晶显示，误差补偿，尤其是对仪器本身工艺上所产生误差进行补偿和校正，使电子经纬仪测量时，能够以较少的测量前期工作达到较高的精度，大大减轻了测量作业量。电子经纬仪对误差的修正和测量是通过按键设定和操作来实现的。1

发展情况微电子技术和计算机技术的迅速发展，给传统的测绘技术和测绘仪器带来了很大的冲击，使测绘仪器的发展产生了革命性的变化，电子经纬仪也是其中之一。 在国外电子经纬仪的研究和试制大约要追溯到六十年代末和七十年代初，美国K&E公司试制了第一台数字经纬仪，其后又有一些经纬仪生产厂家也试制出电子经纬仪样机。但是，由于当时技术条件等原因的限制，电子经纬仪的性能与传统的光学经纬仪相比并没有太多的改进，如无计算能力等。而且体积又比较庞大，耗电多，成本高，价格十分昂贵，超出光学经纬仪几倍甚至几十倍的价格。 但是，电子经纬仪的出现和推广正如其它电子产品一样，具有强大的生命力。

进入八九十年代以后，随着微电子技术和计算机技术的日趋完善，以及元器件集成度的大大提高，情况发生了很大的变化。从整机来看，电子经纬仪的体积和重量与光学经纬仪相差不多，用电量减少，成本大幅度下降，价格降低。目前在日本一台电子经纬仪的价格还略低于光学经纬仪。但电子经纬仪的性能及功能却大大增强。由于电子经纬仪采用了电子细分或光电细分技术以及码盘技术，缩小了电子度盘的尺寸，简化了生产工艺，提高了测量精度。电子经纬仪只需通过简单的按键操作，就可自动地进行所需的测量和计算，并将数据清晰地显示出来。通过机内的传感器系统可自动地修正和补偿各轴系误差，提高测量精度。同时还配有测距联用接口和联用功能，以及数据输出接口，可与红外测距机联用，构成组合式电子速测仪，一次观测就可获得所要的距离角度以及归算结果等测定值。而且测量值可通过数据输出接口自动地记录到电子手薄上，既简化了作业又减少了读数误差和记录误差，从而实现了野外测量到室内数据处理过程的自动化，减轻了体力劳动，缩短了测量时间，深受使用者欢迎。 在我国，总体情况来看，电子经纬仪在我国的发展还处于初期，许多单位和科研机构已经研制和生产经纬仪，采用了当前电子经纬仪中使用的先进技术，研制的各类电子经纬仪精度也大有发展，但是由于种种原因，总体上还是比西方国家，特别是日本、瑞士等经纬仪强国还有很大差距。主要在于精度和自动化程度上仍有待于加强。1

结构光学经纬仪和电子经纬仪测量的原理和结构上有所不同。如图所示，光学经纬仪有以下部件组成：1、望远镜，2、照准部，3、度盘,4、测微器系统，5、轴系,6、水准器，7、基座及脚螺旋，8、光学对点器

几大部分组成； 电子经纬仪有以下部件组成：1、望远镜，2、照准部，3、光栅盘或光学码盘,4、测微器系统，5、轴系,6、水准器，7、基座及脚螺旋，8、光学对点器，9、读数面板几大部分组成。

特点电子经纬仪型号众多，有相同的特点如下：

1、仪器横轴和竖轴采用相同的合金钢制造的密珠式轴系，轴与轴套之间是螺旋形排列的滚珠，采用轻压过盈配合。其间隙为零，它的误差仅仅是加工形状误差，因此这样轴系具有精度高，温度影响小，低温转动灵活，抗震性能好，不易卡死，寿命长等特点，从而保证仪器的可靠性和稳定性。

2、光栅条数少(水平盘的光栅条数仅 6480 条)，因此降低结构的技术要求，从而增大仪器的稳定性，提高仪器抗振能力。

3、具有自动修正功能，能修正仪器指标差、视准轴误差值和横轴误差，从而提高仪器精度。

4、电路板小，采用信号自动平衡数字电路，实现电调自动化，增强仪器可靠性。

5、耗电小，工作电流低。

6、采用激光对中，对中醒目、清晰，使用方便。

7、有全站仪操作功能。

8、角度有三种表示形式：60 进制，400 进制，6000 制密位。特别是密位制可供部队使用。

技术改进1、将指标水准器改为竖盘指标自动补偿器，提高了竖直角的观测速度与准确性；

2、轴系也有很大的改进，使轴系变得轻便灵活，同时稳定可靠；

3、望远镜也由倒像望远镜改成了正像望远镜；

4、使用光栅盘或光学码盘，用光电转换元件接收信号，经数据处理后实现水平角和

竖直角读数自动显示和记录。1

决定电子经纬仪精度的因素由于加工工艺等方面的原因，电子经纬仪精度主要由下面的因素决定:

1、成像误差：望远镜成像质量包括望远镜鉴别率和像差，望远镜调焦时视轴变动误差；

2、轴系误差：其中包括轴的制造准确度、轴与轴之间的间隙、竖轴与横轴的垂直度、视准轴与横轴的垂直度、竖轴不铅垂、照准部旋转正确性等；

3、偏心差：偏心差包括照准部偏心差、水平度盘偏心差、竖直度偏心差；

4、竖盘指标自动补偿器的补偿准确度；

5、码盘或光栅盘的准确度和测微光栅的分划误差；

6、仪器基座的稳定性；

7、电器元件的可靠性；

8、相位的正交性。1