專利名稱：用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼及其編碼解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該技術(shù)屬于測繪儀器制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前數(shù)字水準儀條碼尺的解碼原理主要有相關(guān)法、幾何法和相位法，還有一些其他方法。相關(guān)法的典型代表是瑞士的leica儀器，標尺直接以黑白二進制進行編碼，專利號DE0019530788C1；幾何法的典型代表是Trimble儀器，標尺采用雙相位二進制編碼，專利號DE0019826873C1；相位法的典型代表是日本TOPCON的專利93121271.5、01137724.0和日本SOKKIA的專利98104318.6，標尺條碼由若干組碼寬受不同周期的正弦調(diào)制的碼序組成；還有一些其他方法的專利如日本SOKKIA的等距碼碼寬數(shù)字調(diào)制，專利號98125342.3；楊俊志先生的等距碼碼寬正弦調(diào)制，專利號03153286.1；趙珞成先生的圖像匹配原理，專利號200310111409.2。
縱觀現(xiàn)有技術(shù)方法，各有利弊，要么條碼復(fù)雜，標尺制作困難；要么編碼解碼運算復(fù)雜，計算量大且測量速度慢或硬件成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼及其編碼解碼方法，具有解碼運算簡單，計算量小且測量速度高的優(yōu)點。
本發(fā)明的用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其碼元由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，碼元中暗條紋的占空比至少有兩種，不同占空比的碼元稱為比例碼，多個比例碼按約定的規(guī)律排列，構(gòu)成數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其特征在于每個碼元的寬度相等。
如上所述的用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其特征在于比例碼有4種，其暗條紋的占空比分別為15％、30％70％和85％。
如上所述的用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其特征在于條碼的邊沿刻劃有人工可識別的示值。
如上所述的用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼的編碼解碼方法，其特征在于比例碼至少有4種，且按占空比小于50％和大于50％分成兩類，編碼和解碼時對近距離均按4種比例碼處理，對遠距離以占空比50％為界按兩級比例碼處理。
本發(fā)明的原理和有益效果用于數(shù)字電子水準儀的條碼標尺或電子經(jīng)緯儀(全站儀)度盤，其條碼的編碼方法是以碼元寬度相等的比例碼作為載碼，將約定的規(guī)律(包括偽隨機規(guī)律、正弦規(guī)律等)的測量碼對比例碼進行占空比調(diào)制，使得約定的規(guī)律的測量碼調(diào)制寄生在比例碼之中。
本技術(shù)方法為碼相位法，其技術(shù)方法不同于前幾種方法的主要點在于碼相位法使用偽隨機序列碼(或其他約定規(guī)律的測量碼)直接譯碼獲取粗測值，而以碼元相對電子中絲的相位測量出精測值，然后對粗、精觀測值進行銜接就獲得觀測結(jié)果。實現(xiàn)這一解碼原理的技術(shù)核心是本編碼方法為等寬等距碼占空比數(shù)字調(diào)制即以碼元寬度相等的比例碼作為載碼，將偽隨機碼(或其他約定規(guī)律的測量碼)對比例碼進行占空比調(diào)制，使得偽隨機碼調(diào)制寄生在比例碼之中。比例碼碼元寬度相等當然就使相鄰碼元中心的距離也相等。恒定的碼元寬度方便了偽隨機碼的解調(diào)，完全回避了相關(guān)法的二維相關(guān)運算的巨大運算量，也回避了幾何法和相位法的標尺制作復(fù)雜等缺陷，同時恒定的碼元寬度使得視距解算非常方便，儀器的設(shè)計制造也大大簡化。而且由于有了寬度恒定的碼元，該方法設(shè)計的水準尺還可以同時實現(xiàn)光學人工模擬讀數(shù)，刻劃示值對應(yīng)于每一碼元的邊沿，使得普通光學水準儀也可以使用該水準尺，校核更方便。
而電子經(jīng)緯儀(全站儀)的測角同樣也可以使用本編碼方法。
本編碼方法應(yīng)用于數(shù)字電子水準儀或電子經(jīng)緯儀(全站儀)的最大優(yōu)點就是解碼和計算都簡單快捷，條碼標尺或度盤的制造也很簡便，大大方便了儀器的設(shè)計制造。


圖1，是本發(fā)明一個實施例的碼元和條碼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2，是本發(fā)明實施例的編碼解碼方法的示意圖。
圖3，是數(shù)字電子水準儀測量成像示意圖。
具體的實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的說明。
本發(fā)明一個實施例的碼元和條碼結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1、碼元每一個碼元都是由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，每個碼元寬度都相同——即明條紋寬度加暗條紋寬度等于固定值；本實施例的明為白，暗為黑，但明暗系指光學亮度反差的涵意，不僅僅只是白色和黑色，也包含其他亮度有明暗差異的顏色配置，譬如淡黃和深藍等。
2、比例碼不同占空比的碼元被稱為比例碼，以比例碼中明暗條紋的寬度比例值來實現(xiàn)編碼。本實施例的圖1例舉的四種比例碼分別對應(yīng)于數(shù)碼0、1、2和3，其暗條紋相對碼元寬度的占空比分別為20％、40％、60％和80％。當然將條紋的明暗順序顛倒過來也是可以的，將每種碼約定為其他占空比例關(guān)系也是可以的，比如15％、30％、70％和85％，將碼元的種類增加和減少也是可以的。3、編碼和解碼如圖2所示。
粗測粗測的第一步就是要將測量碼從比例碼中解調(diào)出來完成第一步解碼。
考慮到實際水準測量應(yīng)用中視距差異很大，望遠鏡成像分辨力隨距離遠近而不同，視場大小也隨距離遠近而不同，本技術(shù)方法采取遠近分級兼容解碼。這里例舉4級編碼的遠近分級兼容解碼規(guī)則首先取4級比例碼，4種不同的占空比例關(guān)系分別對應(yīng)數(shù)字碼0、1、2和3，或者00、01、10和11，取最小碼段長度為5個碼元，則可實現(xiàn)45＝1024種不同的編碼，這樣只需保證偽隨機碼的周期足夠即可。這樣近視距測量時，只要望遠鏡視場能觀測到水準標尺的5個碼元(如果碼元寬度為1cm則是5cm的寬度)即可解調(diào)出近碼的10位二進制的偽隨機碼段(一個碼元解調(diào)出2位二進制碼)；而在遠視距測量時，成像縮小，難以準確實現(xiàn)對碼元的4級比例分辨，就直接進行2級比例分辨，即把近碼的0和1都解碼為遠碼的0，而把近碼的2和3都解碼為遠碼的1，這樣遠距離時，只要望遠鏡視場能觀測到水準標尺的10個碼元(如果碼元寬度為1cm則是10cm的寬度)即可解調(diào)出遠碼的10位二進制的偽隨機碼段(一個碼元只解調(diào)出1位二進制碼)。附圖2表示的就是某段標尺遠近視距時的近碼和遠碼二種解碼值的對應(yīng)關(guān)系。
需要指出的是，為保證遠近分級兼容解碼技術(shù)的有效實現(xiàn)，保證遠距離時解碼的可靠，比例碼在編碼時需要采取比例反差增強措施——就是說四種碼不是嚴格遵循20％、40％、60％和80％的占空比均勻遞增比例關(guān)系，而是將碼0、1和碼2、3的占空比例差距拉大，譬如占空比例分別為15％、30％和70％、85％，附圖2中可以看到碼0、1和碼2、3的黑條紋比例明顯拉大后對遠視距分辨力帶來的好處。
完成了測量碼的第一步解碼后，下一步就直接對獲得的近碼或遠碼譯碼產(chǎn)生粗測值，譯碼方法可以用查表法、也可以根據(jù)碼序方程計算實現(xiàn)，還可以采用一維相關(guān)算法。近碼和遠碼碼段一一對應(yīng)且不重復(fù)同時也保證碼段與粗測值的單值性對應(yīng)關(guān)系是必須的。
精測精測過程是對載碼(比例碼)相對電子中絲的起始相位的測量過程。
無論遠碼近碼，解碼時都將進行碼元邊沿的探測而獲得碼相位，同時解算出碼元的平均寬度，根據(jù)平均寬度值和電子中絲的位置確立中絲的相位分布，然后求出碼相位與中絲相位的平均相位差，再由相位差和碼元在標尺上的實際寬度推算出精測值。附圖2中碼相位和中絲的相位分布表達的就是碼相位精測原理示意。這里和幾何法相位法的精測原理是類似的。
視距解算由于碼元寬度已知，碼元在水準儀的成像寬度也已經(jīng)測出，而水準儀望遠鏡的焦距(和像距近似相等)也已知，根據(jù)相似三角形的比例關(guān)系即可求出視距。見附圖3。
4、人工讀數(shù)和普通光學水準儀的讀數(shù)方法相同。
5、電子經(jīng)緯儀(全站儀)的測角應(yīng)用電子經(jīng)緯儀(全站儀)的度盤與光學系統(tǒng)、傳感器的位置相對固定，對度盤使用此編碼方法不必考慮遠近碼兼容問題，應(yīng)用更加簡單。
權(quán)利要求
1.用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其碼元由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，碼元中暗條紋的占空比至少有兩種，不同占空比的碼元稱為比例碼，多個比例碼按約定的規(guī)律排列，構(gòu)成數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其特征在于每個碼元的寬度相等。
2.如權(quán)利要求1所述的用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其特征在于比例碼有4種，其暗條紋的占空比分別為15％、30％70％和85％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其特征在于條碼的邊沿刻劃有人工可識別的示值。
4.如上所述的用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼的編碼解碼方法，其特征在于比例碼至少有M種，M≥4，且按占空比小于50％和大于50％分成兩類，編碼和解碼時對近距離均按M種比例碼處理，對遠距離以占空比50％為界按兩級比例碼處理。
全文摘要
用于數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼及其編碼解碼方法，其碼元由一對明暗條紋組成，明暗順序一致，碼元中暗條紋的占空比至少有兩種，不同占空比的碼元稱為比例碼，多個比例碼按約定的規(guī)律排列，構(gòu)成數(shù)字水準儀條碼尺和電子經(jīng)緯儀度盤的條碼，其特征在于每個碼元的寬度相等。具有解碼運算簡單，計算量小且測量速度高的優(yōu)點，且該方法設(shè)計的水準尺還可以同時實現(xiàn)光學人工模擬讀數(shù)。
文檔編號G01C15/06GK1632464SQ20041006119
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者葉曉明 申請人:葉曉明, 劉平