專利名稱：角度位移的補(bǔ)償測(cè)量的制作方法
角度位移的補(bǔ)償測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域在此提出的本發(fā)明思想涉及用于檢測(cè)角度位移的方法和裝置，具 體地，涉及用于檢測(cè)諸如全站4義等大地測(cè)量?jī)x的一個(gè)或多個(gè)組件的角 度位移的方法和裝置。
背景技術(shù)：
全站儀是在自然環(huán)境和構(gòu)造的電子勘測(cè)中使用的儀器，具體地用 于確定全站儀和測(cè)量點(diǎn)之間的距離和角度。為了使全站儀的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)，提供了用于控制望遠(yuǎn) 鏡的方位和仰角方向的驅(qū)動(dòng)控制。全站儀通常包括旋轉(zhuǎn)安裝在諸如三 腳架等基本結(jié)構(gòu)上的瞄準(zhǔn)儀，用于繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。另外，全站儀包括 用于望遠(yuǎn)鏡繞水平軸仰角旋轉(zhuǎn)的支承結(jié)構(gòu)。為了跟蹤全站儀中望遠(yuǎn)鏡的當(dāng)前方位和仰角方向，提供了用于獲 取方位和仰角方向上的角度測(cè)量信號(hào)的裝置。方位角測(cè)量信號(hào)用于控制驅(qū)動(dòng)，以便將瞄準(zhǔn)儀旋轉(zhuǎn)到由基準(zhǔn)信號(hào) 所表示的任何期望的方位方向。圖1示出了全站儀100的簡(jiǎn)化正視圖，該全站儀具有安裝在三腳 架110上的基座105、安裝在該基座上用于繞方位軸120旋轉(zhuǎn)的瞄準(zhǔn) 儀115以及安裝在該瞄準(zhǔn)儀上用于繞仰角軸130旋轉(zhuǎn)的望遠(yuǎn)鏡125。 望遠(yuǎn)鏡125具有瞄準(zhǔn)軸135?？煽仳?qū)動(dòng)140響應(yīng)于方位控制信號(hào)而使 瞄準(zhǔn)儀115繞軸120旋轉(zhuǎn)。諸如角編碼器，或者磁或電容角解算器等 的角度傳感器145產(chǎn)生表示瞄準(zhǔn)儀相對(duì)于基座的角度位置的方位測(cè)量 信號(hào)。包括處理器150的信號(hào)處理電路響應(yīng)該方位測(cè)量信號(hào)以及表示 瞄準(zhǔn)儀115的期望方位方向的方位基準(zhǔn)，以產(chǎn)生方位控制信號(hào)。例如， 通過操作人員使用鍵盤或按鈕或通過全站儀100內(nèi)的跟蹤子系統(tǒng)155 輸入來提供方位基準(zhǔn)?？煽仳?qū)動(dòng)160響應(yīng)于仰角控制信號(hào)而使望遠(yuǎn)鏡125繞仰角軸130 旋轉(zhuǎn)。諸如角編碼器，或者磁或電容角解算器等的角度傳感器165產(chǎn)生表示望遠(yuǎn)鏡相對(duì)于瞄準(zhǔn)儀的仰角位置的仰角測(cè)量信號(hào)。包括處理器150的信號(hào)處理電路響應(yīng)該仰角測(cè)量信號(hào)以及表示望遠(yuǎn)鏡125的期望 仰角方向的仰角基準(zhǔn)，以產(chǎn)生仰角控制信號(hào)。例如，通過操作人員使 用鍵盤或按鈕或通過跟蹤全站儀100內(nèi)的子系統(tǒng)155輸入來提供仰角 基準(zhǔn)。在操作中，基座105安裝在三腳架110上的相對(duì)于儀器外部的諸 如磁北等的方位基準(zhǔn)200的期望角度方向，并且與方位旋轉(zhuǎn)軸120垂 直。當(dāng)驅(qū)動(dòng)140旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)儀115時(shí)，方位測(cè)量信號(hào)表示瞄準(zhǔn)儀相對(duì)于 基座105的瞬時(shí)角度方向。在瞄準(zhǔn)儀115的低角加速度下，方位測(cè)量 信號(hào)還可以被認(rèn)為是表示瞄準(zhǔn)儀115相對(duì)于外部方位基準(zhǔn)200的實(shí)際 方向。相反，瞄準(zhǔn)儀115的高角加速度引起三腳架110的扭轉(zhuǎn)反作用 力以及基座105的相應(yīng)角度旋轉(zhuǎn)。圖1中示出了瞄準(zhǔn)儀115的轉(zhuǎn)矩L 和施加在基座105和三腳架110上的相反轉(zhuǎn)矩T2。當(dāng)角度傳感器145 檢測(cè)瞄準(zhǔn)儀115相對(duì)于基座105的角度位置時(shí)，方位測(cè)量信號(hào)不能精 確表示瞄準(zhǔn)儀經(jīng)受高角加速度時(shí)瞄準(zhǔn)儀相對(duì)于外部基準(zhǔn)200的角度方 向。在繞仰角軸130的高加角速度期間，類似的扭轉(zhuǎn)反作用力扭斜了 仰角角測(cè)量。因此，需要一些儀器和方法，用于解決在測(cè)量經(jīng)受高角加速度的 組件的角度旋轉(zhuǎn)中的這種扭轉(zhuǎn)反作用力，特別地，需要用于結(jié)合這種 改進(jìn)的大地測(cè)量?jī)x(諸如全站儀)的儀器和方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于控制儀器的裝置和方法，所述 儀器解決在高角加速度期間測(cè)量角度旋轉(zhuǎn)時(shí)的扭轉(zhuǎn)反作用力。為了完全理解本發(fā)明的原理，將通過介紹給出本文中對(duì)高角加速 度及其效果更加詳細(xì)的分析。圖2a示出了全站儀100的示意性的俯視圖。圖中示出的是安裝在 三腳架110上的基座105以及安裝在基座105上的瞄準(zhǔn)儀115。瞄準(zhǔn) 儀115被安裝為繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)儀115，望遠(yuǎn)鏡125的 瞄準(zhǔn)軸135可以被設(shè)置成任何希望的方位角。在圖2a中，望遠(yuǎn)鏡及其 瞄準(zhǔn)軸135平行于外部基準(zhǔn)200旋轉(zhuǎn)。 圖2b示出了全站儀100的示意性的俯視圖，其示意性地說明了當(dāng) 瞄準(zhǔn)儀115在逆時(shí)針方向上加速時(shí)引入的誤差(參照附圖)。角度傳 感器145產(chǎn)生表示瞄準(zhǔn)儀115 (例如，由瞄準(zhǔn)軸135表示)和基座105 上的基準(zhǔn)2 0 5之間的角度^的角度測(cè)量信號(hào)& _ 。瞄準(zhǔn)儀115逆時(shí)針 加速的扭轉(zhuǎn)反作用力引起基座105順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)某個(gè)量，該量由外 部基準(zhǔn)200和基座上的基準(zhǔn)205之間的誤差角度^表示。當(dāng)發(fā)生這種 情況時(shí)，由角度傳感器145測(cè)量的角度^是誤差角度^和瞄準(zhǔn)儀115 與外部基準(zhǔn)200之間的期望角度測(cè)量^的和。圖3a示意性地說明了用于在低角加速度下(％《0)瞄準(zhǔn)儀115 的方位旋轉(zhuǎn)的理想控制環(huán)300。角度傳感器145檢測(cè)瞄準(zhǔn)儀115和基 準(zhǔn)205之間的瞬時(shí)角度外。如在315示意性地示出的，所產(chǎn)生的方位 測(cè)量信號(hào)^^與來自源310的方位基準(zhǔn)信號(hào)Ra組合。所產(chǎn)生的差信號(hào) DA被提供給控制驅(qū)動(dòng)140的調(diào)節(jié)器320。驅(qū)動(dòng)140旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)4義115,如 在330所示，直到差信號(hào)DA為零。圖3b示意性地說明了考慮到在瞄準(zhǔn)4義115加速期間引入的誤差 (%>0 )的更實(shí)際的控制環(huán)350。驅(qū)動(dòng)140施加轉(zhuǎn)矩1\,以加速瞄準(zhǔn) 儀115。當(dāng)瞄準(zhǔn)儀115加速時(shí)，相等并且相反的反作用力轉(zhuǎn)矩L作用 于基座105上，從而使基座105以相反的方向旋轉(zhuǎn)角度^，如365所 示。角度傳感器145測(cè)量總角度^， ^是角度^和a的和，如370所表 示的，并且提供方位測(cè)量信號(hào)％_。因此，方位測(cè)量信號(hào)^_包括總 計(jì)為角度^的誤差，而應(yīng)該測(cè)量的角度是沒有誤差角度^的影響的^。圖4a示出了部分切去瞄準(zhǔn)儀115的全站儀100的示意性的側(cè)視 圖，以顯示望遠(yuǎn)鏡125關(guān)于仰角軸130的方向。在操作中，基座105 和瞄準(zhǔn)儀115安裝在三腳架110上的相對(duì)于儀器外部的仰角基準(zhǔn)400 的期望角度方向，諸如垂直(豎直)基準(zhǔn)。圖4a中還示出了垂直于垂 直基準(zhǔn)400的水平基準(zhǔn)405。當(dāng)驅(qū)動(dòng)160旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡125時(shí)，來自角 度傳感器165的仰角測(cè)量信號(hào)表示望遠(yuǎn)鏡125相對(duì)于瞄準(zhǔn)儀115的瞬 時(shí)角度方向。在望遠(yuǎn)鏡的低角加速度下，仰角測(cè)量信號(hào)還可以被認(rèn)為 是表示望遠(yuǎn)鏡125相對(duì)于外部仰角基準(zhǔn)400以及從而相對(duì)于水平基準(zhǔn) 405的實(shí)際方向。相反，望遠(yuǎn)鏡125的高角加速度引起三腳架110的 轉(zhuǎn)矩反作用力和基座105的相應(yīng)角旋轉(zhuǎn)。圖4a中示出了望遠(yuǎn)鏡125的
轉(zhuǎn)矩T3和強(qiáng)加在瞄準(zhǔn)儀115、基座105和三腳架110上的相反的轉(zhuǎn)矩 T4。當(dāng)角度傳感器165檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡125相對(duì)于瞄準(zhǔn)儀115的角度位置 時(shí)，仰角測(cè)量信號(hào)不能精確表示當(dāng)望遠(yuǎn)鏡125經(jīng)受高角加速度時(shí)望遠(yuǎn) 鏡相對(duì)于外部基準(zhǔn)400的角度方向。圖4b示出了全站儀100的部分切去的剖視圖，示意性地說明了當(dāng) 望遠(yuǎn)鏡125以逆時(shí)針方向加速時(shí)引入的誤差(參照附圖)。角度傳感 器165產(chǎn)生表示望遠(yuǎn)鏡125 (例如，由瞄準(zhǔn)軸135表示的)和瞄準(zhǔn)儀 115上的基準(zhǔn)410之間的角度",的角度測(cè)量信號(hào)。望遠(yuǎn)鏡125加速的 扭轉(zhuǎn)反作用力引起基座105順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)某個(gè)量，該量由外部基準(zhǔn) 405和瞄準(zhǔn)儀基準(zhǔn)410之間的誤差角度"2表示。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)， 角度",是誤差角度《2和望遠(yuǎn)鏡125與外部基準(zhǔn)400之間的期望角度測(cè)量"3的和。圖5a示意性地說明在低角加速度下("2 0)望遠(yuǎn)鏡125仰角旋 轉(zhuǎn)的理想控制環(huán)500。角度傳感器165檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡125和基準(zhǔn)405之 間的瞬時(shí)角度《3。如在515示意性地所示的，所產(chǎn)生的仰角測(cè)量信號(hào) A,與來自源510的方位基準(zhǔn)信號(hào)Re組合。所產(chǎn)生的差信號(hào)De被提供 給控制驅(qū)動(dòng)160的調(diào)節(jié)器520。驅(qū)動(dòng)160旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡115，如在530 所示，直到差信號(hào)Ds為零。圖5b示意性地說明考慮了在望遠(yuǎn)鏡125加速期間引入的誤差的更 為實(shí)際的控制環(huán)550。驅(qū)動(dòng)160施加轉(zhuǎn)矩T3，以加速望遠(yuǎn)鏡125。當(dāng)望 遠(yuǎn)鏡125加速時(shí)，相等并且相反的反作用力轉(zhuǎn)矩L作用于瞄準(zhǔn)儀115 上，從而4吏瞄準(zhǔn)4義115以相反的方向旋轉(zhuǎn)如在565所示的角度《2。如 在570所示，角度傳感器165測(cè)量總角度",，角度^是角度"2和《3的 總和，并且提供仰角測(cè)量信號(hào)"3_。因此，仰角測(cè)量信號(hào)6^,包括角 度《2量中的誤差，而應(yīng)該測(cè)量的角度是沒有誤差角度"2的影響的角度通過在所附的權(quán)利要求中闡述的儀器和方法緩解了上述關(guān)于轉(zhuǎn)矩 反作用力的問題，特別是在高角加速期間。因此，本發(fā)明是基于例如全站儀的儀器中具有第一和第二角度傳 感器來測(cè)量繞特定軸的旋轉(zhuǎn)的思想，其中第一角度傳感器是角分解器， 并且第二角度傳感器是慣性傳感器。通過組合來自這兩個(gè)角度傳感器 的測(cè)量信號(hào)，獲得用于解決轉(zhuǎn)矩反作用力的補(bǔ)償角測(cè)量信號(hào)。從而可 以獲得角度位置相對(duì)于外部基準(zhǔn)的快速及精確的測(cè)量，并且可以實(shí)現(xiàn) 改進(jìn)的控制環(huán)。通常，根據(jù)本發(fā)明，角分解器的目的是測(cè)量瞄準(zhǔn)儀相對(duì)于全站儀 的基座的角度位置，或者望遠(yuǎn)鏡相對(duì)于瞄準(zhǔn)儀的角度位置。因此，角 分解器提供儀器中的相對(duì)角度位置的精確測(cè)量。另外，慣性傳感器通 常的目的是測(cè)量?jī)x器的組件和相應(yīng)的外部基準(zhǔn)之間的相對(duì)角度位置。僅使用角分解器將不考慮由于轉(zhuǎn)矩反作用力導(dǎo)致的全站儀中的其 它組件的任何角位移，特別是在高角加速度的情況下。另一方面，僅 使用用于確定角度位置的慣性傳感器將導(dǎo)致較差的精度以及長(zhǎng)期的不 穩(wěn)定性。本發(fā)明提供一種改進(jìn)的儀器，其中組合角分解器和慣性傳感器的 優(yōu)點(diǎn)，以根據(jù)角度位置給出極大改進(jìn)的精度和可控性，特別是在儀器 中的組件的高角加速度期間。本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例是大地測(cè)量?jī)x，諸如全站儀，其中利 用所組合的角分解器和慣性傳感器來確定望遠(yuǎn)鏡相對(duì)于外部基準(zhǔn)的真 實(shí)方位和仰角位置。所確定的方位角位置相對(duì)于諸如磁北等外部方位 基準(zhǔn)具有高精度。所確定的仰角位置相對(duì)于諸如垂直軸等外部仰角基 準(zhǔn)具有高精度。在根據(jù)本發(fā)明的全站儀中通過提供補(bǔ)償角測(cè)量信號(hào)而 考慮了現(xiàn)有技術(shù)中損害測(cè)量中由于轉(zhuǎn)矩反作用力導(dǎo)致的諸如三腳架、 儀器安裝設(shè)備等理想固定部件的任何歪斜。將補(bǔ)償角度測(cè)量信號(hào)饋送 到各自的驅(qū)動(dòng)，以根據(jù)表示期望瞄準(zhǔn)線的基準(zhǔn)信號(hào)來控制望遠(yuǎn)鏡的仰 角和方位角位置。通過實(shí)現(xiàn)在此描述的本發(fā)明的方法和裝置，有助于改進(jìn)的控制環(huán) 和使用高角加速度。實(shí)際上，可以比現(xiàn)有技術(shù)中可以采用的更快并且 更穩(wěn)定的方式獲得對(duì)新瞄準(zhǔn)線(例如，在全站儀中)的重新定位。因 此，除了改進(jìn)精確度之外，在此公開的發(fā)明思想的實(shí)現(xiàn)還有助于控制 環(huán)的穩(wěn)定性，以便可以獲得更快的控制。當(dāng)閱讀并理解下面的詳細(xì)描述時(shí)，將理解本發(fā)明的進(jìn)一步的方面、 特征以及優(yōu)點(diǎn)。


在上面的介紹以及下面的詳細(xì)描述中，參照了附圖，其中 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的全站儀的簡(jiǎn)化正視圖； 圖2a示出了圖1的全站儀的俯視圖；圖2b示出了圖1的全站儀的俯視圖，說明了當(dāng)瞄準(zhǔn)儀加速時(shí)引入 的誤差；圖3a示意性地說明了用于圖1的全站儀的瞄準(zhǔn)儀方位旋轉(zhuǎn)的理想 控制環(huán)；圖3b示意性地說明了考慮在圖l的全站儀的瞄準(zhǔn)儀加速期間引入 的誤差的更實(shí)際的控制環(huán)；圖4a示出了圖1的全站儀的示意性的側(cè)視圖；圖4b示出了圖1的全站儀的部分切去的剖視圖，示意性地說明當(dāng) 望遠(yuǎn)鏡125加速時(shí)引入的誤差；圖5a示意性地說明用于圖1的全站儀的望遠(yuǎn)鏡仰角旋轉(zhuǎn)的理想控 制環(huán)；圖5b示意性地說明考慮在圖1的全站儀的望遠(yuǎn)鏡125加速期間引 入的誤差的更為實(shí)際的控制環(huán)；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖；圖7示意性地示出了圖6的實(shí)施例的瞄準(zhǔn)儀控制環(huán)；圖8a示出了圖7的濾波器的傳遞函數(shù)；圖8b示出了圖7的組合濾波器的傳遞函數(shù)；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖；圖10示出了圖9的實(shí)施例的瞄準(zhǔn)儀控制環(huán)；圖ll示出了圖IO的濾波器的傳遞函數(shù)；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖；圖13示意性地示出了圖12的實(shí)施例的望遠(yuǎn)鏡控制環(huán)；圖14a示出了圖13的濾波器的傳遞函數(shù)；圖14b示出了圖13的組合濾波器的傳遞函數(shù)；圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖；圖16示意性地示出了圖15的實(shí)施例的望遠(yuǎn)鏡控制環(huán)；圖17示出了圖16的濾波器的傳遞函數(shù)； 圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組合了圖6和圖12的實(shí)施例的特征；圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組合了圖6和圖15的實(shí)施例的特征；圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組合了圖9和圖12的實(shí)施例的特征；圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組合了圖9和圖15的實(shí)施例的特征；圖22示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的全站儀的俯視圖； 圖23示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的全站儀的俯視圖； 圖24示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的信號(hào)處理電路功能的實(shí)施例； 圖25示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的信號(hào)處理電路功能的實(shí)施例； 圖26示出了在諸如圖25的實(shí)施例中有用的濾波器的傳遞特性； 圖27示出了才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的全站儀的部分剖面正視圖； 圖28是圖27的全站儀的功能框圖。
具體實(shí)施方式
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀600的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖。圖 6的全站儀不同于圖1的全站儀，因?yàn)槠浒ǖ诙嵌葌鞲衅饕约鞍?括諸如處理器650的改進(jìn)處理電路，其中所述改進(jìn)處理電路用于在瞄 準(zhǔn)儀加速期間降低控制誤差。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二角度傳感器645是慣性傳感器，其可 以包括但不限于陀螺儀、 一個(gè)加速計(jì)或一組加速計(jì)。慣性傳感器具有 希望的特性，即它們測(cè)量諸如瞄準(zhǔn)儀等組件的旋轉(zhuǎn)的真實(shí)角度，并且 因此對(duì)來自諸如基座等第二組件的轉(zhuǎn)矩反作用力的高頻誤差不敏感。 在這個(gè)方面，慣性傳感器享有優(yōu)于通常在諸如全站儀等大地測(cè)量?jī)x中 采用的角度編碼器、磁角分解器以及電容角分解器的優(yōu)點(diǎn)。然而，慣 性傳感器具有不希望的特性，即它們對(duì)低頻噪聲敏感，諸如來自傳感 器以及傳感器電子組件中的主要處于低頻區(qū)域的熱和電固有噪聲。相 反，通常在諸如全站儀等大地測(cè)量?jī)x中采用的角編碼器、磁角分解器 以及電容角分解器具有希望的特性，即它們對(duì)這樣的低頻噪聲不敏感。
圖7示意性地示出了圖6的實(shí)施例的瞄準(zhǔn)儀控制環(huán)，其在瞄準(zhǔn)4義 115角速度加速時(shí)補(bǔ)償基座105的反方向旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)140施加轉(zhuǎn)矩L, 以加速瞄準(zhǔn)儀115。當(dāng)瞄準(zhǔn)儀115加速時(shí)，相等并且相反的反作用力 轉(zhuǎn)矩L作用于基座105上，從而使基座105以相反的方向旋轉(zhuǎn)角度^， 如在365所示。角傳感器145測(cè)量總角度^，如在370所表示的，^是 角度^和^的總和，并且提供第一方位測(cè)量信號(hào)705。例如，角度傳感 器145是角度編碼器、磁角分解器或電容角分解器。第一方位測(cè)量信 號(hào)705經(jīng)過低通濾波器710，以產(chǎn)生濾波后的第一方位測(cè)量信號(hào)715。具有固有低頻噪聲的第二角度傳感器645提供第二方位測(cè)量信號(hào) 725，該信號(hào)是角度^和可能的低頻噪聲Nl的和(如在720所示)。例 如，角度傳感器645是慣性傳感器。第二方位測(cè)量信號(hào)725經(jīng)過高通 濾波器730,以產(chǎn)生濾波后的第二方位測(cè)量信號(hào)735。如在740所表示， 組合濾波后的第一方位測(cè)量信號(hào)715和濾波后的第二方位測(cè)量信號(hào) 735 ,以產(chǎn)生補(bǔ)償方位測(cè)量745。如在315示意性地示出的，將補(bǔ)償 方位測(cè)量745 (識(shí)別為^^的角度^的計(jì)算值)與來自源310的方位基 準(zhǔn)信號(hào)RA組合。所產(chǎn)生的差信號(hào)DA提供給控制驅(qū)動(dòng)140的調(diào)節(jié)器320。 驅(qū)動(dòng)140旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)儀115，如在330所示，直到差信號(hào)DA為零。第一方位測(cè)量信號(hào)的特性是它基本不受諸如由于傳感器和傳感器 電子組件中固有的熱和電子噪聲導(dǎo)致的低頻噪聲的影響。通過產(chǎn)生濾 波后的第一方位測(cè)量信號(hào)715的低通濾波器710，消除了由于瞄準(zhǔn)儀 115的旋轉(zhuǎn)加速導(dǎo)致的高頻誤差。第二方位測(cè)量信號(hào)的特性是它基本 不受諸如由于基座105對(duì)瞄準(zhǔn)儀115的旋轉(zhuǎn)加速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩反作用力 導(dǎo)致的高頻噪聲的影響。通過產(chǎn)生濾波后的第二方位測(cè)量信號(hào)735的 高通濾波器730,消除了由于諸如傳感器和傳感器電子組件的固有的 熱和電子噪聲導(dǎo)致的低頻噪聲的影響。圖8a示出了在800的^f氐通濾波器710以及在805的高通濾波器 730的傳遞函數(shù)(表示為增益對(duì)頻率特性)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，濾 波器710和濾波器735每一個(gè)都被設(shè)計(jì)為具有傳遞函數(shù)Y,在z變換 中表示如下<formula>formula see original document page 14</formula> 其中U是輸入信號(hào)(例如，輸入信號(hào)U在濾波器710的情況下是第一 方位測(cè)量信號(hào)705，而在濾波器730的情況下是第二方位測(cè)量信號(hào) 725 )，并且Y是輸出信號(hào)(例如，輸出信號(hào)Y在濾波器710的情況下 是濾波后的第一方位測(cè)量信號(hào)715,而在濾波器730的情況下是濾波 后的第二方位測(cè)量信號(hào)725 )。對(duì)于低通濾波器710和高通濾波器730 來說，濾波器系數(shù)BO、 Bl、 B2、 B3、 Al、 A2、 A3分別具有不同的值。 圖8b示出了組合濾波器710和730的傳遞函數(shù)810 (表示為增益 對(duì)頻率特性)。優(yōu)選地，將濾波器710和730設(shè)計(jì)為傳遞函數(shù)810在頻 率范圍內(nèi)是恒定的。例如， 一旦已經(jīng)為適當(dāng)?shù)牡屯V波器710選擇了 濾波器系數(shù)，那么就為高通濾波器730選擇系數(shù)，以便組合的傳遞函 數(shù)810在頻率范圍內(nèi)是恒定的。用于這兩個(gè)濾波器的截止頻率范圍是 例如5-30Hz。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀900的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖。圖 9的全站儀不同于圖6的全站儀，因?yàn)樗诨?05 (而不是瞄準(zhǔn)儀 115)中包括第二角度傳感器945以及包括例如處理器950的改進(jìn)處理 電路，其中所述改進(jìn)處理電路在瞄準(zhǔn)儀115加速期間降低控制誤差。圖10示意性地示出了圖9的實(shí)施例的瞄準(zhǔn)儀控制環(huán)，其在瞄準(zhǔn)儀 115角速度加速時(shí)補(bǔ)償基座105的反方向旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)140施加轉(zhuǎn)矩1\, 以加速瞄準(zhǔn)儀115。當(dāng)瞄準(zhǔn)儀115加速時(shí)，相等并且相反的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩 T2作用于基座105上，從而使基座105以相反的方向旋轉(zhuǎn)角度^，如 在365所示。角度傳感器145測(cè)量總角度A,如在370所表示的，仍是 角度^和^的和，并且提供第一方位測(cè)量信號(hào)1005。例如，角度傳感 器145是角編碼器、磁角分解器或電容角分解器。與圖6-7的實(shí)施例 相比，第一方位測(cè)量信號(hào)1005沒有被低通濾波。具有固有低頻噪聲的第二角度傳感器945提供第二方位測(cè)量信號(hào) 1015，該信號(hào)是角度^和可能的低頻噪聲Nl的和(如在1010所示)。 也就是說，由于角度傳感器945安裝在基座105上，所以其輸出是基 座105的旋轉(zhuǎn)角度^的直接測(cè)量加上任何可應(yīng)用的低頻噪聲Nl。例如， 角度傳感器945是慣性傳感器。第二方位測(cè)量信號(hào)1015經(jīng)過高通濾波 器1020,以產(chǎn)生濾波后的第二方位測(cè)量信號(hào)1025。如在1030所示， 組合第一方位測(cè)量信號(hào)1005和濾波后的第二方位測(cè)量信號(hào)1025,以
產(chǎn)生補(bǔ)償方位測(cè)量信號(hào)1035。在這個(gè)實(shí)施例中，通過從第一方位測(cè)量 信號(hào)1005中減去濾波后的第二方位測(cè)量信號(hào)1025組合這些信號(hào)。如 在315示意性地示出的，將補(bǔ)償方位測(cè)量1035(識(shí)別為^^的角度^的 計(jì)算值)與來自源310的方位基準(zhǔn)信號(hào)Ra組合。所產(chǎn)生的差信號(hào)Da提 供給控制驅(qū)動(dòng)140的調(diào)節(jié)器320。驅(qū)動(dòng)140旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)儀115，如在330 所示，直到差信號(hào)DA為零。第一方位測(cè)量信號(hào)的特性是它基本不受諸如由于傳感器和傳感器 電子組件固有的熱和電子噪聲導(dǎo)致的低頻噪聲的影響。在這個(gè)實(shí)施例 中，通過減去由角度傳感器945測(cè)量的誤差而消除由于瞄準(zhǔn)儀115的 旋轉(zhuǎn)加速導(dǎo)致的高頻誤差。在這個(gè)實(shí)施例中，第二方位測(cè)量信號(hào)的特性是它基本不受諸如由 于基座105對(duì)瞄準(zhǔn)儀115的旋轉(zhuǎn)加速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩反作用力導(dǎo)致的高頻 噪聲的影響。通過產(chǎn)生濾波后的第二方位測(cè)量信號(hào)1025的高通濾波器 1020,消除了由于諸如傳感器和傳感器電子組件固有的熱和電子噪聲 導(dǎo)致的低頻噪聲。圖11示出了在1105的高通濾波器1020的傳遞函數(shù)(表示為增益 對(duì)頻率特性)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，濾波器1020被設(shè)計(jì)為具有傳遞 函數(shù)Y，在z變換中表示如下<formula>formula see original document page 16</formula>其中U是輸入信號(hào)(例如，輸入信號(hào)U是第二方位測(cè)量信號(hào)1015)， 并且Y是輸出信號(hào)(例如，輸出信號(hào)Y在濾波器1020的情況下是濾波 后的第二方位測(cè)量信號(hào)1025 )。用于該濾波器的截止頻率范圍是例如 5-30Hz(優(yōu)選地，在較高端)，并且增益在傳遞函數(shù)的平穩(wěn)狀態(tài)中應(yīng)當(dāng) 是l。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀1200的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖。 圖12的全站儀不同于圖1的全站儀，因?yàn)樗ǖ诙嵌葌鞲衅?245 以及包括例如處理器1250的改進(jìn)處理電路，所述改進(jìn)處理電路在望遠(yuǎn) 鏡125旋轉(zhuǎn)加速期間降低控制誤差。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二角度 傳感器1245是慣性傳感器，其可以包括但不限于陀螺儀、 一個(gè)加速計(jì) 或一組加速計(jì)。
圖13示意性地示出了圖12的實(shí)施例的望遠(yuǎn)鏡控制環(huán)，其在望遠(yuǎn) 鏡125角速度加速時(shí)補(bǔ)償瞄準(zhǔn)儀115的反方向旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)160施加轉(zhuǎn) 矩T3,以加速望遠(yuǎn)鏡125。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡125加速時(shí)，相等并且相反的反 作用力轉(zhuǎn)矩L作用于瞄準(zhǔn)儀115上，從而使瞄準(zhǔn)儀115以相反的方向 旋轉(zhuǎn)角度"2，如在565所示。角度傳感器165測(cè)量總角度^，如在570 所表示的，％是角度"2和"3的和，并且提供第一仰角測(cè)量信號(hào)1305。 例如，角度傳感器165是角編碼器、磁角分解器或電容角分解器。第 一角度測(cè)量信號(hào)1305經(jīng)過低通濾波器1310,以產(chǎn)生濾波后的第一仰 角測(cè)量信號(hào)1315。具有固有低頻噪聲的第二角度傳感器1245提供第二仰角測(cè)量信 號(hào)1325,該信號(hào)是角度^和可能的低頻噪聲N2的和(如在1320所示)。 角度傳感器1245是例如，慣性傳感器。第二高度測(cè)量信號(hào)1325經(jīng)過 高通濾波器1330，以產(chǎn)生濾波后的第二仰角測(cè)量信號(hào)1335。如在1340 所表示的，組合濾波后的第 一仰角測(cè)量信號(hào)1315和濾波后的第二仰角 測(cè)量信號(hào)1335 ，以產(chǎn)生補(bǔ)償仰角測(cè)量1345。如在515示意性地示出 的，將補(bǔ)償仰角測(cè)量1345 (識(shí)別為 。,6的角度"3的計(jì)算值)與來自源 510的仰角基準(zhǔn)信號(hào)Re組合。所產(chǎn)生的差信號(hào)de提供給控制驅(qū)動(dòng)160 的調(diào)節(jié)器520。驅(qū)動(dòng)160旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡135，如在530所示，直到差信號(hào) De為零。第一仰角測(cè)量信號(hào)的特性是它基本不受諸如由于傳感器和傳感器 電子組件固有的熱和電子噪聲導(dǎo)致的低頻噪聲的影響。通過產(chǎn)生濾波 后的第一仰角測(cè)量信號(hào)1315的低通濾波器1310，消除了由于望遠(yuǎn)鏡 125的旋轉(zhuǎn)加速導(dǎo)致的高頻誤差。第二仰角測(cè)量信號(hào)的特性是它基本 不受諸如由于瞄準(zhǔn)儀115對(duì)望遠(yuǎn)鏡125的旋轉(zhuǎn)加速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩反作用 力導(dǎo)致的高頻噪聲的影響。通過產(chǎn)生濾波后的第二仰角測(cè)量信號(hào)1335 的高通濾波器1330,消除了諸如由于傳感器和傳感器電子組件固有的 熱和電子噪聲導(dǎo)致的低頻噪聲的影響。圖14a示出了在1400的低通濾波器1310以及在1405的高通濾波 器1330的傳遞函數(shù)(表示為增益對(duì)頻率特性)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例， 濾波器1310和濾波器1335每一個(gè)都被設(shè)計(jì)為具有傳遞函數(shù)Y,在z 變換中表示如下 <formula>formula see original document page 18</formula>其中U是輸入信號(hào)(例如，輸入信號(hào)U在濾波器1310的情況下是第一 仰角測(cè)量信號(hào)1305,而在濾波器1330的情況下是第二仰角測(cè)量信號(hào) 1325 )，并且Y是輸出信號(hào)(例如，輸出信號(hào)Y在濾波器1310的情況 下是濾波后的第一仰角測(cè)量信號(hào)1315,而在濾波器1330的情況下是 濾波后的第二仰角測(cè)量信號(hào)1335 )。對(duì)于低通濾波器1310和高通濾波 器1330來說，濾波器系數(shù)BO、 Bl、 B2、 B3、 Al、 A2、 A3分別具有不 同的值。圖14b示出了組合濾波器1310和1330的傳遞函數(shù)1410 (表示為 增益對(duì)頻率特性)。設(shè)計(jì)濾波器1310和1330，以使得傳遞函數(shù)1410 在頻率范圍內(nèi)是基本恒定的。例如，一旦已經(jīng)為適當(dāng)?shù)牡屯V波器1310 選擇了濾波器系數(shù)，那么就為高通濾波器1330選擇系數(shù)，以便組合的 傳遞函數(shù)1410在頻率范圍內(nèi)是恒定的。用于這兩個(gè)濾波器的截止頻率 范圍是例如5-30Hz。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的全站儀1500的實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖。 圖15的全站儀不同于圖12的全站儀，因?yàn)樗诿闇?zhǔn)儀115 (而不是 望遠(yuǎn)鏡125)中包括第二角度傳感器1545以及包括例如處理器1550 的改進(jìn)處理電路，所述改進(jìn)處理電路在望遠(yuǎn)鏡125加速期間降低控制 誤差。圖16示意性地示出了圖15的實(shí)施例的望遠(yuǎn)鏡控制環(huán)，其在望遠(yuǎn) 鏡125角速度加速時(shí)補(bǔ)償瞄準(zhǔn)儀115的反方向旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)160施加轉(zhuǎn) 矩T3，以加速望遠(yuǎn)鏡125。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡125加速時(shí)，相等并且相反的反 作用力轉(zhuǎn)矩1"4作用于瞄準(zhǔn)儀125上，從而使瞄準(zhǔn)儀115以相反的方向 旋轉(zhuǎn)角度"2,如在565所示。角度傳感器165測(cè)量總角度^，如在570 所示，角度",是角度a和a的和，并且提供第一仰角測(cè)量信號(hào)1605。 例如，角度傳感器165是角編碼器、磁角分解器或電容角分解器。與 圖12-13的實(shí)施例相比，第一仰角測(cè)量信號(hào)1605沒有被低通濾波。具有固有低頻噪聲的第二角度傳感器1545提供第二仰角測(cè)量信 號(hào)1625,該信號(hào)是角度"2和可能的低頻噪聲N2的和(如在1620所示)。 也就是說，由于角度傳感器1545安裝在瞄準(zhǔn)儀115上，所以其輸出是
瞄準(zhǔn)儀115的旋轉(zhuǎn)角度^的直接測(cè)量加上任何可應(yīng)用的低頻噪聲N2。 例如，角傳感器1545是慣性傳感器。第二仰角測(cè)量信號(hào)1625經(jīng)過高 通濾波器1630，以產(chǎn)生濾波后的第二仰角測(cè)量信號(hào)1635。如在1640 所表示的，組合濾波后的第 一仰角測(cè)量信號(hào)16 05和濾波后的第二仰角 測(cè)量信號(hào)1635，以產(chǎn)生補(bǔ)償仰角測(cè)量1645。在這個(gè)實(shí)施例中，通過從 第一仰角測(cè)量信號(hào)1605中減去濾波后的第二仰角測(cè)量信號(hào)1635來組 合信號(hào)。如在515示意性地示出的，將補(bǔ)償仰角測(cè)量1645(識(shí)別為^。/￡ 的角度"3的計(jì)算值)與來自源510的仰角基準(zhǔn)信號(hào)Re組合。所產(chǎn)生的 差信號(hào)DE提供給控制驅(qū)動(dòng)160的調(diào)節(jié)器520。驅(qū)動(dòng)160旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡125， 如在530所示，直到差信號(hào)DE為零。第一仰角測(cè)量信號(hào)1602的特性是它基本不受諸如由于傳感器和 傳感器電子組件固有的熱和電子噪聲導(dǎo)致的低頻噪聲的影響。在這個(gè) 實(shí)施例中，通過減去由角度傳感器1545測(cè)量的誤差消除其由于望遠(yuǎn)鏡 125的旋轉(zhuǎn)加速導(dǎo)致的高頻誤差。在這個(gè)實(shí)施例中，第二仰角測(cè)量信號(hào)的特性是它大量地包括諸如 由于瞄準(zhǔn)儀115對(duì)望遠(yuǎn)鏡125的旋轉(zhuǎn)加速產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩反作用力導(dǎo)致的 高頻噪聲。通過產(chǎn)生濾波后的第二仰角測(cè)量信號(hào)1635的高通濾波器 1630，消除了諸如由于傳感器和傳感器電子組件固有的熱和電子噪聲 導(dǎo)致的低頻噪聲。圖17示出了在1705的高通濾波器1630的傳遞函數(shù)(表示為增益 對(duì)頻率特性)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，濾波器1630被設(shè)計(jì)為具有傳遞 函數(shù)Y,在z變換中表示如下一 1 + Jl "-1 + * z-2 + A3 * z-3 其中U是輸入信號(hào)(例如，輸入信號(hào)U是第二仰角測(cè)量信號(hào)1625 )， 并且Y是輸出信號(hào)(例如，輸出信號(hào)Y在濾波器1630的情況下是濾波 后的第二仰角測(cè)量信號(hào)1635 )。用于該濾波器的截止頻率范圍是例如 5-30Hz(優(yōu)選較高端)，并且增益在傳遞函數(shù)的平穩(wěn)狀態(tài)中應(yīng)該優(yōu)選為 1或接近該值。如應(yīng)當(dāng)理解的，頻率濾波器可以實(shí)現(xiàn)為自適應(yīng)濾波器。作為用于組合來自慣性傳感器和角度傳感器的輸出而使用高通和
低通濾波器的替代，可以使用卡爾曼(Kalman)濾波器。利用傳感器 的已知信噪比，卡爾曼濾波器將產(chǎn)生傳感器輸出融合的最優(yōu)解決方案。 可以使用卡爾曼濾波器代替頻率濾波器和用于濾波器輸出的組合器， 因而從該卡爾曼濾波器提供輸出，該輸出與基準(zhǔn)信號(hào)組合并且被饋送 到調(diào)節(jié)器。替代地，卡爾曼濾波器可以具有用于還接收基準(zhǔn)信號(hào)的另 一個(gè)輸入，從而產(chǎn)生用于直接輸入到瞄準(zhǔn)儀驅(qū)動(dòng)的輸出。相關(guān)領(lǐng)域普 通技術(shù)人員，受益于本說明書，將知道怎樣基于卡爾曼濾波器的使用 來實(shí)現(xiàn)在此介紹的發(fā)明思想。圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組 合了如圖6的實(shí)施例中的第二方位角傳感器645和如圖12的實(shí)施例中 的第二仰角傳感器1245。具有處理器的處理電路1850包括參照?qǐng)D6-8 描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)140的控制中使用的補(bǔ)償方位測(cè)量745的功能， 并且包括參照?qǐng)D12-14描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)160的控制中使用的補(bǔ) 償仰角測(cè)量1345的功能。圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組 合了圖6和圖15的實(shí)施例的特征。具有處理器的處理電路1950包括 參照?qǐng)D6-8描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)140的控制中使用的補(bǔ)償方位測(cè)量 745的功能，并且包括參照?qǐng)D15-17描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)160的控 制中使用的補(bǔ)償仰角測(cè)量1645的功能。圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組 合了圖9和圖12的實(shí)施例的特征。具有處理器的處理電路2050包括 參照?qǐng)D9-ll描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)140的控制中使用的補(bǔ)償方位測(cè)量 1035的功能，并且包括參照?qǐng)D12-14描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)160的控 制中使用的補(bǔ)償仰角測(cè)量1345的功能。圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化正視圖，該實(shí)施例組 合了圖9和圖15的實(shí)施例的特征。具有處理器的處理電路2150包括 參照?qǐng)D9-11描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)140的控制中使用的補(bǔ)償方位測(cè)量 1035的功能，并且包括參照?qǐng)D15-17描述的用于產(chǎn)生在驅(qū)動(dòng)160的控 制中使用的補(bǔ)償仰角測(cè)量1645的功能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二角度傳感器(分別是角度傳感器645、 945、 1245、 1545 )是慣性傳感器。慣性傳感器可以包括但不限于陀螺
儀、 一個(gè)或多個(gè)加速計(jì)或甚至激光陀螺儀。所選擇的慣性傳感器的類 型可以取決于諸如大小、重量、成本以及性能等因素。例如，在全站儀中適于使用的是商業(yè)上可獲得的源于美國紐約的Depew的IMI傳感 器的"660系列"可嵌入加速計(jì)。如果需要，可以使用單個(gè)加速計(jì)，但是將經(jīng)受由于橫向于旋轉(zhuǎn)軸 的線性位移導(dǎo)致的誤差。圖22示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的 全站儀2200的俯視圖，其中瞄準(zhǔn)儀115備有包括單個(gè)加速計(jì)2250的 第二方位角傳感器2245。加速計(jì)信號(hào)與旋轉(zhuǎn)加速度和到旋轉(zhuǎn)軸的距離 的乘積成正比；如果加速計(jì)正好放置在旋轉(zhuǎn)軸上，那么將不能獲得任 何信號(hào)。如果在瞄準(zhǔn)儀115旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生旋轉(zhuǎn)軸120的橫向位移，那 么加速計(jì)2250將不僅經(jīng)受由于瞄準(zhǔn)4義115旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的力2260，而且 還經(jīng)受由軸120的橫向位移導(dǎo)致的分力2265，并且從而表示來自加速 計(jì)2250的信號(hào)中的噪聲。由于加速計(jì)響應(yīng)于加速度，該加速度在數(shù)學(xué) 上是速度的一次導(dǎo)數(shù)以及位移的二次導(dǎo)數(shù)，所以來自加速計(jì)的信號(hào)被 一次積分以獲得角速度，如在2280示意性地指示的，并且被二次積分 以獲得角偏移，如在2285所指示。圖23示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的全站儀2300的俯視 圖，其中瞄準(zhǔn)儀115備有包括一對(duì)加速計(jì)2350和2355的第二方位角 傳感器2345。如果在瞄準(zhǔn)儀115旋轉(zhuǎn)期間發(fā)生旋轉(zhuǎn)軸120的橫向位移， 那么加速計(jì)2350將不僅經(jīng)受由于瞄準(zhǔn)儀115旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的力2360，而 且還經(jīng)受由軸120的橫向位移導(dǎo)致的分力2365,并且從而表示來自加 速計(jì)2350的信號(hào)中的噪聲。加速計(jì)2355將同時(shí)經(jīng)受由于瞄準(zhǔn)儀115 的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的力以及由于軸120的橫向位移導(dǎo)致的分力，并且從而表 示來自加速計(jì)2355的信號(hào)中的噪聲。如果加速計(jì)2350和2355如圖所 示放置在旋轉(zhuǎn)軸的相對(duì)面，那么當(dāng)信號(hào)的相位相反時(shí)增加其信號(hào)將使 其信號(hào)的橫向位移(噪聲)分量抵消，當(dāng)信號(hào)彼此同相時(shí)增加其信號(hào) 將使其信號(hào)的角位移(期望的信息)分量相加。如在2380示意性地示 出的，組合來自加速計(jì)2350和2355的信號(hào)之后，如在2385所指示， 將該組合的信號(hào)一次積分以獲得角速度，并且如在2390所指示，將其 二次積分以獲得角位移。信號(hào)處理方案被示意性地描述，以說明該處理的功能特性。使用 各種已知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些功能特性。例如，可以使用完全模擬信號(hào) 處理組件執(zhí)行信號(hào)處理。例如，可以通過根據(jù)需要將信號(hào)從模擬形式 轉(zhuǎn)換到數(shù)字形式并且使用數(shù)字信號(hào)處理組件來執(zhí)行信號(hào)處理。數(shù)字信 號(hào)處理組件可以是專用組件和/或一個(gè)或多個(gè)編程通用處理器或孩i控 制器，或這些組件的任意組合。全站儀通常具有主處理器，該主處理 器被編程以執(zhí)行各種功能并且根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的主處理器被編程 以執(zhí)行所描述的信號(hào)處理功能的某些功能或所有功能。圖24示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的信號(hào)處理電路功能2400 的另一個(gè)例子。在這個(gè)例子中，高通濾波功能以兩部分來執(zhí)行。光學(xué) 角編碼器2405 (例如用作方位角傳感器145或仰角傳感器165)向數(shù) 字低通濾波器2410提供數(shù)字第一角度位置信號(hào)。陀螺儀2445提供模 擬第二角度位置信號(hào)，該信號(hào)在通過放大器2455之前經(jīng)過模擬高通濾 波器2450，并被提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器2460。所產(chǎn)生的第二數(shù)字角度位置 信號(hào)通過數(shù)字高通濾波器2465。在求和功能中，來自數(shù)字低通濾波器 2410的濾波后的第一角度位置信號(hào)與來自數(shù)字高通濾波器2465的濾 波后的第二角度位置信號(hào)組合，以產(chǎn)生在控制諸如方位驅(qū)動(dòng)140或仰 角驅(qū)動(dòng)160中使用的補(bǔ)償角位置測(cè)量2475。例如，數(shù)字低通濾波器 2410、數(shù)字高通濾波器2465以及求和功能2470中的每一個(gè)都被實(shí)現(xiàn) 為在通用處理器或微控制器和/或其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備中執(zhí)行的程序指令。圖25示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的信號(hào)處理電路功能2500的另 一個(gè)例子。在這個(gè)例子中，高通濾波功能以兩部分來執(zhí)行。光學(xué)角編 碼器2505 (例如用作方位角傳感器145或仰角傳感器165)向數(shù)字低 通濾波器2510提供數(shù)字第一角度位置信號(hào)。來自一對(duì)加速計(jì)2515、 2520的模擬信號(hào)在模擬求和功能2525中被組合，并且所產(chǎn)生的組合 后的加速計(jì)信號(hào)在通過放大器2535之前經(jīng)過模擬一階高通濾波器 2530，并且被提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換器2540。然后來自模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2540的 數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)字三階高通濾波器2545并且在過程2550中兩次積分， 以產(chǎn)生濾波后的第二角度位置信號(hào)。濾波后的第一角度位置信號(hào)和濾 波后的第二角度位置信號(hào)在數(shù)字求和功能2555中組合，以產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)?角度位置測(cè)量2560,該測(cè)量2560用于控制諸如方位驅(qū)動(dòng)140或仰角 驅(qū)動(dòng)160。例如，數(shù)字低通濾波器2510、數(shù)字高通濾波器2545、兩次
積分功能2550以及求和功能2555中的每一個(gè)都被實(shí)現(xiàn)為在通用處理 器或微控制器和/或其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備中執(zhí)行的程序指令。圖26示出了例如在圖24的實(shí)施例中有用的濾波器的傳遞特性。 曲線2610表示數(shù)字低通濾波器2410的特性。曲線2635表示模擬高通 濾波器2450的特性。曲線2680表示數(shù)字高通濾波器2465的特性。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包括結(jié)合了上述一個(gè)或多個(gè)慣性傳感器的大 地測(cè)量?jī)x。例如，圖27示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的全 站儀的局部剖面的正視圖，并且圖28是這樣的全站儀的功能框圖。參照?qǐng)D27，全站儀2700具有安裝在可調(diào)節(jié)的三角基座2704上的 用于繞支撐軸2706旋轉(zhuǎn)的瞄準(zhǔn)儀2702，當(dāng)瞄準(zhǔn)儀2702是水平的時(shí)候， 支撐軸2706是垂直的。具有帶有光學(xué)中心線(瞄準(zhǔn)線)2712的望遠(yuǎn) 鏡2710的望遠(yuǎn)鏡單元2708被安裝為繞與支撐軸2706正交的仰角軸 2714旋轉(zhuǎn)。響應(yīng)于控制信號(hào)，可控水平驅(qū)動(dòng)2716繞支撐軸2706旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)儀 2702。當(dāng)瞄準(zhǔn)儀2702旋轉(zhuǎn)時(shí)，由水平角度傳感器2720檢測(cè)相對(duì)于三 角基座2704固定的刻度圈2718的標(biāo)記。慣性傳感器2780檢測(cè)瞄準(zhǔn)儀 2702的方位方向；圖中示出慣性傳感器2780安裝在瞄準(zhǔn)儀2702上， 但是如上所述，也可以將其安裝在基座2704上。響應(yīng)于控制信號(hào)，可 控垂直驅(qū)動(dòng)2722繞仰角軸2714旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡單元2708。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡單元 2708旋轉(zhuǎn)時(shí)，由垂直角度傳感器2726檢測(cè)相對(duì)于望遠(yuǎn)鏡單元2708固 定的刻度圈2724的標(biāo)記。慣性傳感器2790檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡單元2708的仰 角方向；圖中示出慣性傳感器2790安裝在瞄準(zhǔn)儀2702上，但是如上 所述，也可以將其安裝在望遠(yuǎn)鏡單元2708上。具有手動(dòng)可操作旋鈕的 水平控制2728以及具有手動(dòng)可操作旋鈕的垂直控制2730向用戶提供 分別用于控制水平驅(qū)動(dòng)2716和垂直驅(qū)動(dòng)2722的輸入。瞄準(zhǔn)儀2702可以繞支撐軸2706旋轉(zhuǎn)到任意希望的角度，并且望 遠(yuǎn)鏡單元2720可以繞仰角軸2714旋轉(zhuǎn)到任意希望的角度，即使是超 過360度的角度，用于將望遠(yuǎn)鏡2710瞄準(zhǔn)在任意位置的外部目標(biāo)。集 電環(huán)2732提供從外部電源(如圖28所示)到瞄準(zhǔn)儀2702的電源傳輸 和/或在瞄準(zhǔn)儀2702和外部控制單元(如圖28所示)之間的數(shù)據(jù)和命 令的通信。集電環(huán)2734提供從瞄準(zhǔn)4義2702到望遠(yuǎn)鏡單元2708的電源傳輸以及在瞄準(zhǔn)儀2702和望遠(yuǎn)鏡單元2708之間的數(shù)據(jù)和命令的通信。 瞄準(zhǔn)儀2702包括方便運(yùn)輸?shù)氖直?736。光測(cè)懸錘2738被提供， 以便通過垂直向下發(fā)射與支撐軸2706同軸的光束來幫助全站儀2700 在測(cè)量標(biāo)石或其它選擇點(diǎn)上的手動(dòng)定位。諸如參照?qǐng)D1-8描述的傾角 檢測(cè)器2740在兩個(gè)彼此正交方向上提供了表示瞄準(zhǔn)儀2702的傾角的 信號(hào)，并且因此能夠架起全站儀，使得支撐軸2706是豎直的，并且仰 角軸是水平的。具有天線2744的無線電模塊2742提供在全站儀2700和外部無線 電控制單元(如圖28所示)之間的數(shù)據(jù)和命令的通信。電池2746被 提供，以便為全站儀2700供電。全站儀2700還具有帶有鍵盤和/或其 它輸入設(shè)備以及顯示屏的可拆卸的控制單元(如圖28所示)。參照?qǐng)D28的框圖2800,虛線指示其中配置了各個(gè)元件的物理單 元。在瞄準(zhǔn)儀2702中有連接到電池2746的電源2802，用于向主處理 器2804和全站儀的其它元件供電。主處理器2804包括未示出的相關(guān) 內(nèi)存、程序存儲(chǔ)器等。圖中沒有示出電源連接，以便組件的功能關(guān)系 不會(huì)模糊。通過從電源2802到全站儀的組件的各個(gè)連接和/或通過諸 如組合電源分配以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ么锌偩€(USB )等總線提供電源。 類似地，在主處理器2804和全站儀的其它組件之間的通信是通過各個(gè) 連接和/或通過諸如通用串行總線等公共總線進(jìn)行的。集電環(huán)2732向 具有電源2810和/或外部控制單元2812的外部單元2808提供電連接。 集電環(huán)2734提供在主處理器2804和望遠(yuǎn)鏡單元2708的組件之間的數(shù) 據(jù)通信以及向望遠(yuǎn)鏡單元2708的組件供電。每個(gè)功能元件都是在主處 理2804的控制下，并且可以命令其向主處理器2804傳輸測(cè)量結(jié)果。水平控制2728，垂直控制2730以及聚焦控制2814提供了命令的 手動(dòng)輸入，以設(shè)置瞄準(zhǔn)儀2702的方位角方向、望遠(yuǎn)鏡單元2708的仰 角以及望遠(yuǎn)鏡2710的光焦點(diǎn)。通過接口 2816向主處理2804傳送這些 命令?？刹鹦兜目刂婆_(tái)2818提供顯示屏2820以及諸如鍵盤和/或觸摸 屏等的輸入設(shè)備?？刂婆_(tái)2818用于在操作人員和全站儀之間通信，使 得能夠手動(dòng)輸入命令和數(shù)據(jù)并顯示用戶的菜單和數(shù)據(jù)。控制臺(tái)2818包 括輸入/輸出處理器2824，用于管理與主處理器2804的通信并且支持 諸如大地測(cè)量計(jì)算等其它任務(wù)?？刂婆_(tái)2818通過連接器2826與主處理器2804以及電源2802連接。無線電模塊2742通過總線與主處理器2804通信并且通過天線 2744與具有天線2828的無線電控制單元1026通信?？梢詮臒o線電控 制單元1026遠(yuǎn)程控制全站儀，例如當(dāng)位于測(cè)量目標(biāo)時(shí)。望遠(yuǎn)鏡單元2708包括距離測(cè)量模塊2830、伺服聚焦模塊2832、 跟蹤器才莫塊2834以及跟蹤輔助才莫塊2836。距離測(cè)量模塊2830例如通過向目標(biāo)發(fā)射光并檢測(cè)反射光的相位 變化或者通過向目標(biāo)發(fā)射光脈沖并確定反射脈沖的飛行時(shí)間來測(cè)量全 站儀到目標(biāo)的距離。在距離測(cè)量模塊2830的電路和/或主處理器2804 中執(zhí)行距離測(cè)量計(jì)算。響應(yīng)于聚焦控制2814的手動(dòng)調(diào)節(jié)和/或伺服聚焦模塊2832中的自 動(dòng)聚焦電路，伺服聚焦模塊2832根據(jù)來自主處理器2804的信號(hào)提供 望遠(yuǎn)鏡光學(xué)裝置的可控聚焦。跟蹤器模塊2834使全站儀能夠在目標(biāo)移動(dòng)的時(shí)候自動(dòng)將望遠(yuǎn)鏡 瞄準(zhǔn)目標(biāo)并跟蹤目標(biāo)。跟蹤器模塊2834通過望遠(yuǎn)鏡光學(xué)裝置發(fā)射窄光 束。當(dāng)該光從目標(biāo)反射時(shí)，該光就被傳感器檢測(cè)到，傳感器向主處理 器2804發(fā)送跟蹤信號(hào)以指示需要改變的方位和仰角。跟蹤輔助模塊2836通過發(fā)射直射的光來輔助操作人員將可移動(dòng) 目標(biāo)置于望遠(yuǎn)鏡的光軸中，該光使操作人員在將光定位在望遠(yuǎn)鏡的瞄 準(zhǔn)線的一側(cè)或另一側(cè)時(shí)可以看到各自不同的顏色。主處理器2804由從水平角度傳感器2720接收的信號(hào)知道瞄準(zhǔn)儀 2702的方位方向。通過從主處理器2804發(fā)送到水平驅(qū)動(dòng)控制器2840 的信號(hào)來命令瞄準(zhǔn)儀2702的方位方向。水平驅(qū)動(dòng)2716響應(yīng)于水平驅(qū) 動(dòng)控制器2840,用于繞支撐軸2706旋轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)儀2702。主處理器2804 由從垂直角度傳感器2726接收的信號(hào)知道望遠(yuǎn)鏡單元2708的仰角。 通過從主處理器2804發(fā)送到垂直驅(qū)動(dòng)控制器2842的信號(hào)命令望遠(yuǎn)鏡 單元2708的仰角。垂直驅(qū)動(dòng)2722響應(yīng)于垂直驅(qū)動(dòng)控制器2842,用于 繞仰角軸2714旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡單元2708。主處理器2804從下列幾個(gè)源中的一個(gè)確定希望的方位和仰角控 制2728和2730的手動(dòng)設(shè)置、通過輸入設(shè)備2822手動(dòng)輸入的數(shù)據(jù)、來 自無線電控制單元1026的遠(yuǎn)程命令以及當(dāng)啟動(dòng)跟蹤功能時(shí)來自跟蹤器2834的自動(dòng)信號(hào)。
為了清楚起見，沒有示出以及描述在此描述的實(shí)現(xiàn)的所有常規(guī)特 征。應(yīng)當(dāng)理解，在任何這樣的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開發(fā)中，為了實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的 具體目標(biāo)，諸如與應(yīng)用兼容以及商業(yè)相關(guān)的限制等，必須進(jìn)行各種具 體實(shí)現(xiàn)的判斷，并且應(yīng)當(dāng)理解這些具體的目標(biāo)將根據(jù)實(shí)現(xiàn)以及開發(fā)者 的不同而變化。另外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然這樣的開發(fā)努力可能是復(fù)雜并 耗時(shí)的，但是對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，得益于本公開，將仍 然是常規(guī)的工程任務(wù)。盡管已經(jīng)示出并描述了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和應(yīng)用，但是對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，得益于本公開，在不偏離此 處的本發(fā)明構(gòu)思的情況下可以進(jìn)行比上述更多的修改。因此，除了在 所附的權(quán)利要求中的精神之外，本發(fā)明不能被限制。
結(jié)論
這里公開了用于諸如全站儀等儀器中角位移的補(bǔ)償測(cè)量的方法和 裝置。通過使用角分解器和慣性傳感器的組合獲得了角位移的改進(jìn)和 補(bǔ)償測(cè)量。通過組合分別來自角分解器和慣性傳感器的至少部分輸出 信號(hào)產(chǎn)生了補(bǔ)償角度位置測(cè)量。
權(quán)利要求
1. 一種儀器，包括a) 第一組件(105， 115),b) 第二組件(115， 125)，該第二組件被所述第一組件支撐，以 用于相對(duì)于所述第一組件繞第一軸(120， 130)的旋轉(zhuǎn)，c) 第一驅(qū)動(dòng)(140, 160 ),用于繞所述第一軸旋轉(zhuǎn)所述第二組件，d) 第一角度傳感器(145， 165)，其產(chǎn)生第一角度位置信號(hào)(705, 1005, 1305, 1605 ),該第一角度位置信號(hào)表示所述第二組件 相對(duì)于第一基準(zhǔn)(205, 410 )的關(guān)于所述第一軸的角度位置e) 第二角度傳感器(645， 945, 1245， 1545 )，其用于產(chǎn)生第二 角度位置信號(hào)(725， 1015， 1325, 1625 ),該第二角位置信號(hào) 表示(A)所述第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)(200, 405 )的角位 移(^，A)，以及(B)所述第二組件相對(duì)于第二基準(zhǔn)(200， 405 ) 的關(guān)于所述第一軸的角度位置(％，"3)中的一個(gè)，以及f) 信號(hào)處理器(740， 1030， 1340， 1640 )，其通過組合所述第一 角度位置信號(hào)以及所述第二角度位置信號(hào)的至少部分信號(hào)來 產(chǎn)生所述第二組件相對(duì)于所述第二基準(zhǔn)的第一補(bǔ)償角度位置 測(cè)量(45, 1035， 1345, 1645 )。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，還包括a) 第三組件(125)，該第三組件被所述第二組件(115)支撐， 用于相對(duì)于所述第二組件繞第二軸(130)的旋轉(zhuǎn)，b) 第二驅(qū)動(dòng)(160)，用于繞所述第二軸旋轉(zhuǎn)所述第三組件，c) 第三角度傳感器(165),其產(chǎn)生第三角度位置信號(hào)(1305， 1605 )，該第三角度位置信號(hào)表示所述第三組件相對(duì)于第三基 準(zhǔn)(410)的關(guān)于所述第二軸的角度位置(",)，以及d) 第四角度傳感器(1245 ， 1545 ),其產(chǎn)生第四角度位置信號(hào)(1326, 1625 ),該第四角度位置信號(hào)表示U )所述第三基準(zhǔn) 相對(duì)于第四基準(zhǔn)(405 )的角位移("2)，以及(ii )所述第四 組件相對(duì)于所述第四基準(zhǔn)(405 )的關(guān)于所述第二軸的角度位 置(^)中的一個(gè)， 其中所述信號(hào)處理器進(jìn)一步通過組合所述第三角度位置信號(hào) 以及所述第四角度位置信號(hào)的至少部分信號(hào)來產(chǎn)生所述第三組件相對(duì)于所述第四基準(zhǔn)的第二補(bǔ)償角度位置測(cè)量(1345, 1645 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l-2中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述儀器(IOO) 是大地測(cè)量?jī)x，其中所述第一組件是基座(105 )并且所述第二組 件是瞄準(zhǔn)儀(115)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述儀器(100) 是大地測(cè)量?jī)x，并且所述第三組件是望遠(yuǎn)鏡(125)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器，其中所述儀器(100)是大地測(cè) 量?jī)x，所述第一組件是瞄準(zhǔn)儀(115 )并且所述第二組件是望遠(yuǎn)鏡(125)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3-4中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第一基準(zhǔn) (205 )相對(duì)于所述基座是固定的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3-4或6中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第二基 準(zhǔn)(200 )是在所述基座的外部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第一角度傳 感器(145， 165)包括角分解器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的儀器，其中所述第一角度傳感器(145, 165)包括光角編碼器、磁角分解器以及電容角分解器中的一個(gè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第二角度 傳感器(645, 945， 1245， 1545 )包括慣性傳感器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的儀器，其中所述第二角度傳感器 (645， 945, 1245， 1545 )包括加速計(jì)(2250， 2350, 2355 )和陀螺儀(2445 )中的一個(gè)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第一角 度位置信號(hào)(705, 1005， 1305， 1605 )在較低頻帶中比在較高頻 帶中具有更高的精確度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第二角 度位置信號(hào)(725， 1015, 1325， 1625 )在較低頻帶中比在較高頻 帶中具有更高的噪聲。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的儀器，其中，由于隨著所述第二組件(115， 125)繞所述第一軸(120, 130 )的加速而 作用在所述第一組件(105， 115)的反作用力扭矩(T2， T4),使 得所述第一基準(zhǔn)(205， 410)發(fā)生角位移(^,cO，從而在所述第一 角度位置信號(hào)中引入了相應(yīng)的誤差。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第二角 度傳感器(645, 945， 1245, 1545 )安裝在所述第一組件(105, 115 )上，并且所述第二角度位置信號(hào)(725， 1015， 1325， 1625 ) 表示所述第一基準(zhǔn)(205， 410)相對(duì)于第二基準(zhǔn)(200, 405 )的角位移"，"2)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第二角 度傳感器(645, 945， 1245， 1545 )安裝在所述第二組件(115， 125)上，并且所述第二角度位置信號(hào)(725， 1015， 1325, 1625 ) 表示所述第二組件相對(duì)于第二基準(zhǔn)(200， 405 )的關(guān)于所述第一 軸(120, 130 )的角度位置(^,"3)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述信號(hào)處 理器包括第一頻率濾波器(710， 1310)、第二頻率濾波器(730， 1330 )以及組合器(740， 1340 )，并且其中所述第一角度位置信 號(hào)(705， 1305 )經(jīng)過所述第一頻率濾波器以產(chǎn)生濾波后的第一角 度位置信號(hào)(705， 1305 )，所述第二角度位置信號(hào)(725, 1325 ) 經(jīng)過所述第二頻率濾波器(730， 1330 )以產(chǎn)生濾波后的第二角度 位置信號(hào)(735， 1335 ),以及所述組合器將濾波后的第一角度位 置信號(hào)和濾波后的第二角度位置信號(hào)組合以產(chǎn)生所述第一補(bǔ)償角 度位置測(cè)量信號(hào)(745， 1345 )。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述信號(hào)處 理器包括頻率濾波器(1020， 1630 )以及組合器(1030， 1640 )， 并且其中所述第二角度位置信號(hào)(1015， 1625 )經(jīng)過所述頻率濾 波器(1020, 1630 )以產(chǎn)生濾波后的第二角度位置信號(hào)(1025， 1635 )，以及所述組合器將所述第一角度位置信號(hào)和濾波后的第二 角度位置信號(hào)組合以產(chǎn)生所述第一補(bǔ)償角度位置測(cè)量信號(hào)(1035, 1645 )。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的儀器，其中所述第一頻率濾波器是 低通濾波器并且所述第二頻率濾波器是高通濾波器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15-16中任一項(xiàng)所述的儀器，其中所述第一頻 率濾波器以及所述第二頻率濾波器中的至少 一個(gè)包括模擬濾波器 元件(2450, 2530 )。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項(xiàng)所迷的儀器，其中所述第一頻 率濾波器以及所述第二頻率濾波器中的至少 一個(gè)包括數(shù)字濾波器 元件(2410, 2465 )。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的儀器，其中所述數(shù)字濾波器元件是 被實(shí)現(xiàn)為通用數(shù)字濾波器(650, 950， 1250， 1550, 2804 )中的 程序指令。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的儀器，其中當(dāng)組合時(shí)， 所述第一頻率濾波器的傳遞函數(shù)以及所述第二頻率濾波器的傳遞 函數(shù)在頻率(810， 1410)范圍內(nèi)是恒定的。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的儀器，其中所述第一頻率濾波器和 所述第二頻率濾波器是自適應(yīng)濾波器。
25. —種控制儀器的方法，該儀器具有 第一組件(105， 115),第二組件(115、 125)，該第二組件被所述第一組件支撐，用于相 對(duì)于所述第一組件繞第一軸(120， 130)的旋轉(zhuǎn)， 第一驅(qū)動(dòng)(140， 160),該第一驅(qū)動(dòng)用于響應(yīng)于控制信號(hào)(^,Dj繞 所述第 一軸旋轉(zhuǎn)所迷第二組件， 所述方法包括i )從第一角度傳感器(H5， 165 )獲得第一角度位置信號(hào)(705， 1005, 1305， 1605 )，該第一角度位置信號(hào)表示所述第二組件相對(duì) 于第一基準(zhǔn)(205， 410)的關(guān)于所述第一軸的角度位置(&60,ii) 從第二角度傳感器(645， 945， 1245, 1545 )獲得第二角度位 置信號(hào)(725， 1015， 1325， 1625 )，該第二角度位置信號(hào)表示(i ) 所述第一基準(zhǔn)相對(duì)于第二基準(zhǔn)的角位移(％, 2)，以及(ii )所述第 二組件相對(duì)于第二基準(zhǔn)(200， 405 )的關(guān)于所述第一軸的角度位 置(外,"3)中的一個(gè)，iii) 組合所述第一角度位置信號(hào)以及所述第二角度位置信號(hào)的 至少部分信號(hào)來產(chǎn)生第一補(bǔ)償角度位置測(cè)量(45， 1035， 1345， 1645 )，以及iv)將從所述第一補(bǔ)償角度位置測(cè)量導(dǎo)出的控制信號(hào)施加到所述 第一驅(qū)動(dòng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述儀器還包括 第三組件(125 )，該第三組件被所述第二組件(115 )支撐，用于 相對(duì)于所述第二組件繞第二軸(130)的旋轉(zhuǎn)， 第二驅(qū)動(dòng)(160)，用于繞所述第二軸旋轉(zhuǎn)所述第三組件，并且 其中所述方法還包括i )從第三角度傳感器(165 )獲得第三角度位置信號(hào)(1305， 1605 )， 該第三角度位置信號(hào)表示所述第三組件相對(duì)于第三基準(zhǔn)(410)的 關(guān)于所述第二軸的角度位置(A)，ii )從第四角度傳感器(1245,1545 )獲得第四角度位置信號(hào)(1326， 1625 )，該第四角度位置信號(hào)表示(A)所述第三基準(zhǔn)相對(duì)于第四 基準(zhǔn)(405 )的角位移("2)，以及(B)所述第四組件相對(duì)于所述第 四基準(zhǔn)(405 )的關(guān)于所述第二軸的角度位置(cO中的一個(gè)，iii )組合所述第三角度位置信號(hào)以及所述第四角度位置信號(hào)的至 少部分信號(hào)以產(chǎn)生第二補(bǔ)償角度位置測(cè)量(1345， 1645 )，以及 iv)將從所述第二補(bǔ)償角度位置測(cè)量導(dǎo)出的控制信號(hào)施加到所述 第二驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于在諸如全站儀等儀器(600)中的角位移的補(bǔ)償測(cè)量的方法和裝置。通過使用例如角分解器(145)和慣性傳感器(645)的組合獲得了角度位移的改進(jìn)和補(bǔ)償測(cè)量。通過組合分別來自角分解器和慣性傳感器的至少部分輸出信號(hào)來產(chǎn)生補(bǔ)償角度位置測(cè)量。
文檔編號(hào)G01C15/00GK101124455SQ200580046526
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月12日
發(fā)明者M·赫德曼, T·克朗 申請(qǐng)人:特林布爾公司