文档介绍：测量工程与装备系: 范 百 兴
*
电子水准仪
整理课件
§ 电子水准仪
1987年，徕卡推出了世界上第一台数字水准仪NA2000，开始了水准测量的自动化,主要数字水准仪及其原理如下:
1、相关法（威特NA200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，，称为基本码宽。在标尺上共有2000个基本码，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。
§ 电子水准仪
整理课件
测量信号与参考信号进行比较的过程为相关过程.
先与标尺底部对齐，发现不相同，然后往上移动一个步距（基本码宽）
再比较，直到两码相同为止，也就是最佳相关位置时， 读数就可以确定。
通过移动一个基本码宽来得到粗读数。然后再上下选取一定范围，减少步距，进行精相关，就可以得到足够精度的读数。
§ 电子水准仪
整理课件
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
进行一维相关， 直到信号相同为止。
“宽窄”相同的两信号相比较是求视线高
的过程， 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出。
§ 电子水准仪
整理课件
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出。
§ 电子水准仪
整理课件
可以想象从原始参考信号一步一步缩放比较的相关的计算量会很大， 使读数时间过长。为了缩短读数时间，徕卡数字水准仪内部设计有调焦移动量传感器采集调焦镜的移动量，由此可以反算出概略视距，初步可以确定物像比例。
对仪器内部的参考信号的“宽窄”进行缩放，使其接近探测器采集到的测量信号的“宽窄”，然后再进行二维相关。这样可以减少８０％的相关计算量．使读数时间缩短到４秒以内。
调焦移动传感器
§ 电子水准仪
整理课件
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。—100m距离内使用相关法的特点。 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}=11010001101111101111**********…010000001001001101
§ 电子水准仪
整理课件
蔡司Dini 10/20
§ 电子水准仪
二、几何法数字水准仪
整理课件
2、几何法——条码标尺
ＤＩＮＩ系列的标尺每２ｃｍ划分为一个测量间距，其中的码条构成一个码词，每个测量间距的边界由黑白过渡线构成，其下边界到标尺底部的高度，可由该测量间距中的码词判读出来，就象区格式标尺上的注记一样
ＤＩＮI系列测量时，只利用中丝的上下两边各１５cm的标尺截距，也就是１５个测量间距来计算视距和视线高。
§ 电子水准仪
整理课件
2、几何法——测量原理
图中Gi为某测量间距的下边界，Gi+1为上边界，它们在ＣCD行阵上的成像为Bi及Bi+1。它们到光轴（中丝）的距离分别用用ｂi及ｂi+1表示。ＣＣＤ上象素的宽度是己知的，这两距离在ＣCＤ上所占象素的个数可以由ＣＣＤ输出的信号得知，因此可以算出ｂi和ｂi+1，也就是说ｂi和ｂi+1是计算视距和视线高的己知数。ｂi和ｂi+1在光轴之上方为负值，在光轴之下方取正值。如果在标尺上看，则是在光轴之上为正, 反之为负。
§ 电子水准仪
整理课件
几何法——测量原理
ｇ为测量间距长（２cm），用第ｉ个测量间距来测量时，则物象比
Ａi=g /（bi+1－bi）
视线高读数为：
Hi=g(Ci+l/2)-A(bi+1+bi)/2
Ｃi 是第ｉ个测量间距从标尺底部数起的序号，可由所属码词判读出来
§ 电子水准仪
整理课件
几何法——测量原理
为了提高测量精度，ＤＩＮｉ系列取Ｎ个测量间距平均来计算，也就是取标尺上中丝上下各