激光跟蹤儀是近年來得到廣泛應(yīng)用的精密測量儀器，其精度受環(huán)境、儀器自身及操作三種因素的影響非常大。但在實際工作中，經(jīng)常出現(xiàn)對某個因素考慮不周的情況，使得測量成果受到較大影響。本文在對各種因素分析的基礎(chǔ)上，給出了提高測量精度應(yīng)該采取的措施，以期對廣大儀器操作者有所裨益，取得更好的測量成果。

1、影響激光跟蹤儀測量精度的因素

由于儀器的高度自動化，人的因素影響相對較小，對經(jīng)驗、技巧的要求大為降低。在正確操作的前提下，影響測量精度的因素主要來自外界環(huán)境和儀器自身。

1.1氣象條件

這里的氣象條件指溫度、氣壓和濕度，它們會影響大氣折射率，溫度1℃氣壓3mmhg及40℃時40%的相對濕度變化均會引起折射率百萬分之一的計算誤差，從而影響距離測量的精度。為了消除氣象條件的影響，激光跟蹤儀都有專門的氣象傳感器用于溫度、壓強的實時記錄和改正，使得氣象條件對測距的影響控制存非常小的范圍內(nèi)。

1.2測量環(huán)境

測量環(huán)境是一個非常廣義的概念，包括溫度變化、溫度梯度、大氣抖動、外界振動、儀器支架和被測物的穩(wěn)定性。

測量環(huán)境不僅影響儀器的性能，而且影響被測物尺寸的變化。不同的環(huán)境F得到的測量結(jié)果可能大相徑庭，遠(yuǎn)超過儀器自身對測量結(jié)果的影響。以振動來說，會引起測量坐標(biāo)0.1mm以上的跳動。

1.3儀器的穩(wěn)定性

儀器本身由很多電子元件組成，它們的散熱會導(dǎo)致儀器結(jié)構(gòu)隨時間的細(xì)微變化。而且激光頻率也會發(fā)生隨時間的漂移，在剛開機預(yù)熱后的一段時間內(nèi)非常明顯，頻率不穩(wěn)定造成的測距誤差可達(dá)30~50um。因此，在高精度測量中，一小時以上的預(yù)熱時間是很有必要的。

1.4儀器的校準(zhǔn)

和經(jīng)緯儀一樣，激光跟蹤儀也有水平軸、垂直軸，此外還有激光光軸及各種復(fù)雜的馬達(dá)、反饋系統(tǒng)等。在理想情況下，軸系之間應(yīng)相互正交或平行，但是加丁裝配誤差、運輸及外界環(huán)境的變化都會造成軸系關(guān)系和光路的改變，從而影響儀器的性能。

2、提高激光跟蹤儀測量精度的措施

(1)儀器現(xiàn)場檢查

通過類似于儀器校準(zhǔn)但略為簡單的操作，如前后視測量，對儀器進行現(xiàn)場檢查，可以確定儀器的狀態(tài)，保證測量的質(zhì)量?，F(xiàn)場檢查應(yīng)該每天都作或者改變操作環(huán)境后即進行，不僅能確定儀器的狀態(tài)，而且可能發(fā)現(xiàn)測量現(xiàn)場環(huán)境的問題。

(2)定期校準(zhǔn)

如前文所述，儀器的校準(zhǔn)可以確保測量的精度。儀器通常提供一定的參數(shù)供操作者檢核校準(zhǔn)的質(zhì)量。校準(zhǔn)一般應(yīng)該存測量現(xiàn)場進行，實驗室環(huán)境下可能得到非常好的結(jié)果，但是由于儀器的狀態(tài)不符合實際環(huán)境，而無法取得高精度的結(jié)果，在測量現(xiàn)場，經(jīng)常會受到人員走動、振動等各種因素的干擾，影響校準(zhǔn)質(zhì)量，應(yīng)盡量克服。

校準(zhǔn)應(yīng)該定期進行，在長途運輸或受到顛簸、碰撞之后，也應(yīng)進行校準(zhǔn)。操作者應(yīng)該比較熟練，以減弱人對校準(zhǔn)質(zhì)量的影響。對于高精度的測量，Z好每次工作之前都進行校準(zhǔn)。

(3)基準(zhǔn)距離的校準(zhǔn)

激光跟蹤儀Zda的優(yōu)點在于利用雙頻激光干涉測量距離，然而干涉測量的零點卻是不確定的，基準(zhǔn)距離校準(zhǔn)就是為了得到干涉測量的零點，且對不同的反射球都應(yīng)該做此校準(zhǔn)。

其基本原理是：儀器測量兩個距離已知的點，儀器和兩點構(gòu)成三角形，在該三角形中，僅存在基準(zhǔn)距離這個未知數(shù)，從而可解算出基準(zhǔn)距離，根據(jù)已知距離點的獲得方法不同，校準(zhǔn)方法分為：“標(biāo)準(zhǔn)桿法”和“兩點法”。標(biāo)準(zhǔn)桿的材料一般為碳纖維或銦瓦合金，膨脹因子很小，其兩端點距離可認(rèn)為精確已知?！皟牲c法”中已知距離由跟蹤儀測得，跟蹤儀應(yīng)擺放在兩點的延長線上，以減小測角誤差對計算結(jié)果的影響，從而得到較準(zhǔn)確的已知距離。

(4)ADM的使用

干涉測距精度很高，但是一旦斷光，必須返回基準(zhǔn)點，非常不方便。ADM提供了無需返回的方便，大大提高了方便性。由于干涉測距的高精度，ADM以干涉測距為基準(zhǔn)，校準(zhǔn)其加常數(shù)和乘常數(shù)，顯然，ADM的精度要低于干涉測距的精度。此外，ADM斷光續(xù)接除了對距離測量造成影響外，還會對角度測量造成一定的影響。當(dāng)環(huán)境較好、不易斷光，存在高精度的測量要求時，應(yīng)減少ADM的使用。

(5)反射球的操作

前面所述的各種影響反射球質(zhì)量的因素，對具體的反射球而言是確定的，用戶應(yīng)該考慮的是其正確操作，有以下幾點應(yīng)注意：由于反射球很貴，又易碎，應(yīng)采取措施防摔；不同的反射球?qū)?yīng)不同的常數(shù)，測量時應(yīng)確信選擇了正確的反射球；為減小反射球加工誤差的影響，測量時其相對于儀器的姿態(tài)應(yīng)基本一致；反射球放好后，應(yīng)瞄準(zhǔn)儀器頭，確保激光的入射角不致過大；確保反射球和靶座之間的良好接觸，灰塵、碎屑會嚴(yán)重影響測量精度；反射球使用過程中，需和不同的物體反復(fù)接觸，可能會造成一定的磨損，在高精度測量中，應(yīng)考慮采用較少使用的反射球。

(6)測量環(huán)境

應(yīng)該做到以下幾點：確保氣象傳感器的使用，用于距離測量的改正；高精度的測量應(yīng)避免外界振動(吊車、汽車、人員走動)；測營過程中，廊始終保證儀器和被測物沒有移動、傾斜；應(yīng)確保測量區(qū)域內(nèi)在測量前幾天內(nèi)沒有發(fā)生重物的移動，因為重物可能造成地基緩慢、不易覺察的沉降；測量狀態(tài)應(yīng)盡可能接近被測物的使用狀態(tài)，以避免移動及支撐方式變化對物體的影響；在高精度測量時，應(yīng)該保證跟蹤儀和周圍環(huán)境充分融合?？傊?，應(yīng)該保證測量環(huán)境處于“受控”狀態(tài)。

此外，若一次測量持續(xù)時間很長，儀器、被測物或基準(zhǔn)點之間的相對位置很容易發(fā)生變化，影響測量精度。在費時很多的安裝測量任務(wù)中，應(yīng)建立穩(wěn)定的基準(zhǔn)，定期重測基準(zhǔn)，保證基準(zhǔn)和被測物之間相對位置的統(tǒng)一。

(7)溫度控制

溫度屬于測量環(huán)境一類，之所以單獨列出，是因為其對測量精度的特別影響。溫度變化不僅會引起儀器狀態(tài)的變化，而且會引起被測物尺寸的變化。更加糟糕的是，這些影響的結(jié)果是很難量化改正的。因此，Z好的辦法是嚴(yán)格控制測量時的溫度，才能保證測量的質(zhì)量及不同場合下測量結(jié)果的一致性。

(8)多余觀測

多余觀測可以保證測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，只有存在多余觀測才有可能剔除粗差及受環(huán)境影響較大的數(shù)據(jù)。對于激光跟蹤儀來說，測量速度快的優(yōu)點，使得多余觀測非常方便，一定要加以應(yīng)用。

(9)正確操作

面對不同的測量任務(wù)，應(yīng)根據(jù)具體情況，擬定合適的方案。例如：儀器和被測物的相對位置及姿態(tài)可能影響測量精度；對于隱藏點，應(yīng)比較直接用隱藏附件和儀器轉(zhuǎn)站的精度，確定方案。

3、結(jié)束語

從本質(zhì)上來說，在所用儀器確定的情況下，要想獲得高精度的測量結(jié)果，必須充分評估各種可能的誤差源，通過改進措施減少絕大部分誤差對測量的影響，其中對環(huán)境的控制非常重要。很多情況下，若環(huán)境得到控制，則測量結(jié)果就可靠；反之，測量質(zhì)量會很差，甚至不能使用。

本文論述了影響激光跟蹤儀精度的各種因素及提高測量精度的措施，其中環(huán)境控制、儀器自身的校準(zhǔn)及使用占了較多篇幅，這是由激光跟蹤儀的復(fù)雜性決定的。只要遵循文中所倡導(dǎo)的原則，在實際測量中靈活運用，是可以實現(xiàn)高精度的測量的。