数字水准仪产品及原理介绍.ppt

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相关法—电子原理
调焦透镜 位置
调焦 编码器
补偿器监视
条码影像
CCD
视频 信号
读出电 子部件
AD
ACCU 500mAh
模块
信号处 理芯片 8Bit CPU Gate array 门阵列
GSI接口 机外电源 机外接口
显示屏
键
盘
键盘和
测量按钮
CCD（Charge Coupled Device）是由按照一定规律排列 的ＭＯＳ（金属一氧化物一半导体）电容器阵列组成的移 位寄存器，线阵ＣＣＤ长约6.5 mm，由中心距为 ２５μm 的 ２５６个光敏二极管组成．其光敏窗口宽度为２５μｍ。 一个光敏窗口也称一个象素（或象元）。
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相关法——二维相关
徕卡数字水准仪的数值处理以相关原理为基础。这就是将仪器“巳知的” 代码，即式（1－2）所示的二进制码同行阵传感器上标尺条码成像经处 理构成的测量信号进行比较。数字水准仪运用相关方法时需要优化的两 个参数，也就是“视线高”和“物象比”。仪器的视线高表现为标尺条 码像在线性传感器CCD上的上下的位移，另一方面标尺上的条码与其成象 的物象比取决于仪器到标尺的距离，或说物象比是视距的函数。因此在 徕卡数字水准仪中，二维离散相关系数为：
Sokkia SDL30
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Trimble DiNi12/DiNi22
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Topcon DL-103
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二、 竞争对手– Trimble DiNi12/DiNi22
主要特点:
0.3mm / 0.7mm/km PCMCIA 数据存贮 (DiNi12)
设t=0, {P} =110100011011111011111 {Q} =100011011111011111000 相关函数序列
{R} =101000111011011011000 由此得相关函数 R0=11－10＝1
相关系数 ρ0=1/21=0.05
P=1101000110111110111110001110111… Q= 100011011111011111000 R= 110100010111010111001
数字水准仪工作原理
欢迎各位朋友
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惠顾郑州
解放军信息工程大学测绘学 院测量工程与装备系
蒋理兴
JLXZT@
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一、数字水准仪产品
1990
2002
1994
NA2000（世界第一） Leica DNA03/10
Topcon DL-101/102
— 易进行野外与办公室的数据 传输。
— 可增加外部数据采集器。
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Leica DNA03/10 的特性和优点2
特性
优点
• 8行24字符的大屏幕 显示
• 机载程序
• 功能 用户键。 程序键。
• 显示屏液晶加热
— 易读数。 — 减少了外部计算。
— 快速进入用户自定义的操作， 在线程序和编码功能。
‘你所要用的’-应用程序和功能机内即时调用 应用简单，操作容易 在线作业管理 按当地需求改制显示内容 用户可定义数据输出格式
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DNA 系列的外部特性
➢ 显示内容可按层、名称和流程定制 ➢ 固件是可升级 ➢ 仪器软件接口上载 ➢ 通过 PCMCIA 卡输出数据
三、Leica DNA03/10 的特性和优点1
特性
优点
• 重量轻.
• 直观好用的字母数字 键盘 (TPS700 概念)。
• 大存贮容量. • 闪存. • PCMCIA 卡槽. • RS232 接口.
— 易提，易搬。 — 缩短了学习时间. — 快速、 容易、方便的数据存
贮，无电缆， 可处理大的任 务。 — 长期保存数据不用电。
补偿器置平精度 0.3˝ / 0.5 ˝
放大倍率 32x / 30x
主要卖点: 缺点:
字母数字输入 5m 标尺 内存和 PCMCIA卡 1°20’的视场角
显示窗小 (2x8字符) 卡槽位于电池仓后 无圆水准器照明 无标准电池概念 内存小(51KB)、PCMCIA( 256KB)
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四、数字水准仪工作原理
1、相关法（威特NA2000， Leica NA03/10）
2、几何法（蔡司DINI10/20） 3、相位法(拓普康DL101C/102C)
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1、相关法-仪器光路示意图
Leica DNA系列数字水准仪采用相关法
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相关法—标尺及相关原理（1）
徕卡数字水准仪配套的水准标尺 为伪随机条码，该条码图象已被 存储在数字水准仪中作为参考信 号。在条码标尺上，最窄的条码 宽为2.025mm（黑的、黄的或白 的），称为基本码宽。在标尺上 共有2000个基本码(指4.05m的标 尺)，不同数量的同颜色的基本 码相连在一起，就构成了宽窄不 同的码条。
— 可在寒冷条件下继续工作。
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Leica DNA03/10 的特性和优点3
PCMCIA 卡
带有概略瞄准器 的固定提把
优秀的光学系统
可定制的显示屏
双侧无限位 微动螺旋
低耗能电池
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钻石般的圆水准器 (有照明)
字母数字 键盘
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RS232 接口
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相关法—相关示例
设t=1, ：
{P}=101000110111110111110
{Q}=100011011111011111000 {R}=110100010111010111001
此相关函数
R1=12
－
9
＝
3
相关系数 ρ1＝3／21＝0.14
同理有t=2时 R2=13－8＝5 ρ2=5/21=0.24
标尺上的白码条或黄码条在CCD器件上产生光 电流，在电路上为高电平，我们用二进制的“1”表 示，相反黑码条用“0”表示。从条码标尺上测量得 到的徕卡仪器的参考码序列为： {P}=1101000110111110111110001110111…0100000 01001001101
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出。
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相关法—标尺及相关原理（4）
由于标尺到仪器的距离不同，条码在探测
器上成像的“宽窄”也将不同，测量信号
片段条码的“宽窄”会变化，引起相关困
难。徕卡数字水准仪采用二维相关法，以
一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄”
与CCD采集到的测量信号相比较，如果没
有相同的两信号， 则再改变 ，再进行一
按键少 无字母数字键盘 显示少（4x21个字符) 比较大 无圆水准器照明 无标准电池概念 只有内存/RS232
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竞争 对手- Topcon DL – 101/102
主要特点:
0.4mm / 1.0mm/km PCMCIA 卡数据存贮和内部数据存贮 1°20’的电子视场
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相关法—伪随机码简介
伪随机码属于二进制码，它的结构可以预先确定， 并且可以重复产生和复制，另一方面它还具有随机 特性，即统计特性。GPS中的载波就是用这种伪随 机码调制的。该码由线性移位寄存器产生。这种码 用在数字水准仪中具有可以在1.8—100m距离内使 用相关法的特点。
维相关， 直到信号相同为止。参考信号
的“宽窄”与视距是对应的。“宽窄”相
同的两信号相比较是求视线高的过程，在
此二维相关中， 一维是视距， 另一维是
视线高，二维相关之后视距就可以精确算
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相关法—标尺及相关原理（5）
•移动一个基本码宽来进行比较的 精度是不够的，但是可以作为粗相 关过程，得到粗读数。再在粗读数 上下选取一定范围，减少步距，进 行精相关，就可以得到精度足够的 读数。
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相关法—相关函数
假定望远镜从条码标尺上截取的条码片段经电子 部件处理后得到的测量码序列为： {Q}=100011011111011111000
则相关函数表示为：
N
Rt Qi Pi t
1
式中：N为测量码序列中码元的个数；
i =1,2,…,N为测量码序列中码元的序号;
+ 表示模二和运算。
移动一个基本码宽来进行比较的
精度是不够的，但是可以作为粗
相关过程，得到粗读数。再在粗
读数上下选取一定范围，减少步
距，进行精相关，就可以得到精
度足够的读数。
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相关法—标尺及相关原理（3）
由于标尺到仪器的距离不同，条码在探测
器上成像的“宽窄”也将不同，测量信号
片段条码的“宽窄”会变化，引起相关困
卡存贮能力小
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竞争对手 - Topcon DL – 103
主要特点:
1.8mm/km RS232C 接口数据输出 1°30’的电子视场 补偿器置平精度 5” 放大倍率 26x