CN105823420A - 一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法 - Google Patents

Abstract

一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，涉及大尺寸空间及地面精密测量领域；(1)采用具有内置自动搜索照准功能的全站仪，且光机结构同轴，确保对角锥回光能量中心识别的准确性；(2)采用前方交会测量方法，对全站仪自动搜索照准识别角锥回光能量中心返回数据进行交会解算；(3)角锥回光能量中心空间坐标值与基准立方镜坐标系统一建立在空间前方交会测量坐标系中；(4)将角锥回光能量中心描述在光学基准坐标系下，实现被动式合作目标角锥回光能量中心与光学基准关系的导出；(5)采用多测回、精确照准的方法提高导出精度。本发明可精确测量角锥组件中各角锥之间的关系，并能精密导出各角锥回光能量中心坐标至基准立方镜坐标系。

Description

一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法

技术领域

本发明涉及一种涉及大尺寸空间及地面精密测量领域，特别是一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法。

背景技术

在载人三期交会对接任务中，近距离的交会对接采用了像机主动发光与被动式合作目标角锥组合件的方法，完成追踪器与目标器在对接过程中的位置和姿态测量，并进行精准交会对接，因此被动式合作目标角锥的回光能量中心空间位置关系的准确性是两飞行器位姿调整的关键技术。

在现有方法中，主要通过三坐标机或万能工具显微镜把角锥前端面保护玻璃的几何中心导至基准立方镜坐标系，但无法完成角锥组合件回光能量中心坐标值的导出，而回光能量中心是交会对接敏感器的测量中心，因此三坐标机或万能工具显微镜的测量方法严重影响了交会对接主动式成像敏感器的测量精度；在现有技术中以人眼瞄准角锥前端面保护玻璃几何中心，在通过理论值平移至回光能量中心，导出精度较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，采用了全站仪的谱段识别和工业测量中前方交会测量技术，用于交会对接被动式目标角锥组件内角锥回光能量中心的位姿精确测量，并能精确确认角锥组件中各角锥之间的关系与各角锥到基准立方镜坐标系的关系。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，角锥组合件导出坐标系统包括角锥组合件、基准立方镜、转台、角锥、第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3、第一全站仪T1、第二全站仪T2；回光能量中心坐标精密导出方法包括如下步骤：

步骤(一)、在稳定的转台上固定安装角锥组合件；基准立方镜固定安装在角锥组合件侧面的几何中心位置；n个角锥均匀分布固定安装在角锥组合件n根伸出架上，n为正整数；并定义立方镜坐标系方向；

步骤(二)、依据角锥组合件摆放位置架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2；

步骤(三)、建立空间前方交会测量坐标系；

步骤(四)、以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准，根据步骤(三)建立的空间前方交会测量坐标系，针对第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3构建角锥组合件立方镜坐标系；

步骤(五)、根据步骤(三)的前方交会测量坐标系，加入第一全站仪T1和第二全站仪T2，全站仪通过对n个角锥的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量，得到n个角锥的回光能量中心的坐标值，并将n个角锥的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下；

步骤(六)、将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，所述步骤(一)中，定义立方镜坐标系方向的方法为：以基准立方镜几何中心为坐标系原点，沿几何中心垂直基准立方镜方向为Z方向，竖直方向为Y方向，根据Y方向与Z方向，右手定则定义X方向。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：所述步骤(二)中，第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2的架设方法为：沿基准立方镜立方镜坐标系Z方向，在距基准立方镜4～5m位置处架设第一经纬仪A1；使经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜；将第一经纬仪A1向右旋转90°后，调低第一经纬仪A1镜头照地，A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第一基准点；第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光，激光照地点为第一经纬仪A1的第一对中点；连接第一经纬仪A1的第一对中点和第一基准点，以第一对中点为零点，沿第一对中点和第一基准点连线方向测量一定距离，作为第一全站仪T1的对中点，即第一全站仪T1的架设位置；将第一经纬仪A1向左旋转90°后，调低第一经纬仪A1镜头照地，A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第二基准点；第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光，激光照地点为第一经纬仪A1的第二对中点；连接第一经纬仪A1的第二对中点和第二基准点，以第二对中点为零点，沿第二对中点和第二基准点连线方向测量一定距离，作为第二全站仪T2的对中点，即第二全站仪T2的架设位置。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，沿第一对中点和第一基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m，作为第一全站仪T1的对中点；沿第二对中点和第二基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m，作为第二全站仪T2的对中点。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，第一全站仪T1和第二全站仪T2距基准立方镜大于1.7m；第一全站仪T1和第二全站仪T2之间距离为1.7-2.2m；第一全站仪T1和角锥组合件的连线与第二全站仪T2和角锥组合件连线的夹角为22-30°。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，所述步骤(三)中，建立空间前方交会测量坐标系方法为：以第一经纬仪A1为坐标系原点，A1经纬仪指向第二经纬仪A2为坐标系X方向；以第一经纬仪A1原点竖直方向为坐标系Z方向，根据X方向与Z方向，右手定则定义Y方向；完成前方交会测量坐标系相对方向定向；

第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄，第一经纬仪A1自动读出相对于第二经纬仪A2的俯仰角和偏航角；同时第二经纬仪A2自动读出相对于第一经纬仪A1的俯仰角和偏航角；第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄多于4测回，求得不少于四次测量的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值Hz_A12、第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值V_A12、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值V_A21、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值Hz_A21；

设定第一经纬仪A1和第二经纬仪A2之间的连线为前方交会测量坐标系基准线b，在第一经纬仪A1和第二经纬仪A2前方放置基准尺，基准尺轴向与基准线b平行；基准尺轴向距基准线b大于2m；基准尺上设置有第一参考点p1、第二参考点p2，第一参考点p1和第二参考点p2的间距为0.8m～2m；第一经纬仪A1测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值；第二经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值；第一经纬仪A1和第三经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2各不少于4次；分别测得第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值V_A1P1、V_A1P2，第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值Hz_A1P1、Hz_A1P2；第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值V_A2P1、V_A2P2，第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值Hz_A2P1、Hz_A2P2；

任意假定一近似基准长度b₀，计算第一参考点p1的近似坐标 和第二参考点p2的近似坐标

$X_1^0=\frac{\sin ({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\·\cos ({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})}{\sin \[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\]}\·b_0---\left(1\right)$

$Y_1^0=\frac{\sin ({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\·\sin ({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})}{\sin \[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\]}\·b_0---\left(2\right)$

$Z_1^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p1})\·{\mathrm{tgV}}_{A2P1}}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2p1})\]}\·b_0+h---\left(3\right)$

$h=\frac{1}{2}(\cot V_{A12}-{\mathrm{cotV}}_{A21})---\left(4\right)$

其中，

为第一参考点p1的坐标值；

Hz_A12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值；

V_A12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值；

V_A21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值；

Hz_A21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值；

Hz_A1P1为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p1的偏航平均值；

Hz_A2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的偏航平均值；

V_A2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的俯仰平均值；

通过公式(1)-(4)可求出第一参考点p1的近似坐标

$X_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\·cos({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0---\left(5\right)$

$Y_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\·sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0---\left(6\right)$

$Z_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p2})\·{\mathrm{tgV}}_{A2P2}}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0+h---\left(7\right)$

$h=\frac{1}{2}(\cot V_{A12}-{\mathrm{cotV}}_{A21})---\left(8\right)$

其中，

为第一参考点p2的坐标值；

Hz_A1P2为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p2的偏航平均值；

Hz_A2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p2的偏航平均值；

V_A2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p2的俯仰平均值；

通过公式(5)-(8)可求出第一参考点p2的近似坐标

第一参考点p1与第二参考点p2间的近似距离d₀为：

$d_0=\sqrt{{(X_1^0-X_2^0)}^2+{(Y_1^0-Y_2^0)}^2+{(Z_1^0+Z_2^0)}^2}---\left(9\right)$

按相似原理，便可求出假定基准线长b₀与实际基准线长的比例值K：

K＝d/d₀＝b/b₀(10)

其中d为第一参考点p1和第二参考点p2的实际间距，m；

可以计算出基准线的实际长度b；

通过第一经纬仪A1和第二经纬仪A2对准互瞄实测数据和基线实际长度b，建立了空间前方交会测量坐标系。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，所述步骤(四)中，构建角锥组合件立方镜坐标系的方法为：以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准，第一经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜；第二经纬仪A2沿X方向对准基准立方镜；第一经纬仪A1、第二经纬仪A2对基准立方镜测量多于4测回，自动得出基准立方镜分别相对于第一经纬仪A1、第二经纬仪A2的俯仰角和偏航角；以基准立方镜前端面十字刻线中心为基点，架设第三经纬仪A3，进行交会角测量，基准立方镜沿-Z方向平移基准立方镜边长一半的距离，平移后基准立方镜的位置为角锥组合件立方镜坐标系原点；以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为角锥组合件基准立方镜坐标系方向，建立角锥组合件基准立方镜坐标系。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，第三经纬仪A3架设位置为，以基准立方镜前端面十字刻线中心为基点，第三经纬仪A3与第一经纬仪A1对准基点的夹角为60-90°；第三经纬仪A3距基准立方镜大于1.7m；

第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3相互进行对准互瞄不少于四次，求得不少于四次测量后第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3的偏航角平均值Hz_A1A3、第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值V_A1A3、第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值V_A2A3、第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3偏航角平均值Hz_A2A3，可以得出A3在前方交会测量坐标系的坐标(X_A3、Y_A3、Z_A3)：

$X_{A3}=\frac{\sin B_{A3}\·\cos A_{A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b---\left(11\right)$

$Y_{A3}=\frac{\sin B_{A3}\·\sin A_{A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b---\left(12\right)$

$Z_{A3}=\frac{\sin A_{A3}\·{\mathrm{tgV}}_{A2A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b+h---\left(13\right)$

A_A3＝Hz_A12-Hz_A1A3(14)

B_A3＝Hz_A21-Hz_A2A3(15)

其中，

Hz_A1A3为不少于四次测量后第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3的偏航角平均值；

Hz_A2A3为不少于四次测量后第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3偏航角平均值；

V_A2A3为不少于四次测量后第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值。

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，所述的步骤(五)中将n个角锥的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下，第一全站仪T1与第一经纬仪A1和第二经纬仪A2互瞄不少于4测回，求得不少于四次测量后第一经纬仪A1相对第一全站仪T1的俯仰平均值V_A1T1、偏航平均值Hz_A1T1；第二经纬仪A2相对第一全站仪T1的俯仰平均值V_A2T1、偏航平均值Hz_A2T1；

第二全站仪T2与第一经纬仪A1和第二经纬仪A2互瞄不少于4次，求得不少于四次测量第一经纬仪A1相对于第二全站仪T2的俯仰平均值V_A1T2、偏航平均值Hz_A1T2；第二经纬仪A2相对第二全站仪T2的俯仰平均值V_A2T2、偏航平均值Hz_A2T2；

第一全站仪T1与第二全站仪T2互瞄不少于4次，求得不少于四次测量第一全站仪T1相对于第二全站仪T2偏航平均值Hz_T1T2、俯仰平均值V_T12；第二全站仪T2相对于第一全站仪T1俯仰平均值V_T21，偏航平均值Hz_T2T1；

计算得出T1在前方交会测量坐标系下的坐标(X_T1、Y_T1、Z_T1)为：

$X_{T1}=\frac{\sin B_{T1}\·\cos A_{T1}}{sin(A_{T1}+B_{T1})}\·b---\left(16\right)$

$Y_{T1}=\frac{\sin B_{T1}\·\sin A_{T1}}{sin(A_{T1}+B_{T1})}\·b---\left(17\right)$

$Z_{T1}=\frac{\sin A\·{\mathrm{tgV}}_{A2T1}}{sin(A+B)}\·b+h---\left(18\right)$

A_T1＝Hz_A12-Hz_A1T1(19)

B_T1＝Hz_A21-Hz_A2T1(20)

T2在前方交会测量坐标系下的坐标(X_T2、Y_T2、Z_T2)为：

$X_{T2}=\frac{\sin B_{T2}\·\cos A_{T2}}{\sin (A_{T2}+B_{T2})}\·b---\left(21\right)$

$Y_{T2}=\frac{\sin B_{T2}\·\sin A_{T2}}{sin(A_{T2}+B_{T2})}\·b---\left(22\right)$

A_T2＝Hz_A12-Hz_A1T2(23)

B_T2＝Hz_A21-H_A2T2(24)

$Z_{T2}=\frac{\sin A_{T2}\·{\mathrm{tgV}}_{A2T2}}{sin(A_{T2}+B_{T2})}\·b+h---\left(25\right)$

第一全站仪T1和第二全站仪T2对n个角锥的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量，自动搜索照准和交会测量不少于4次，得到第一全站仪T1相对n个角锥的俯仰平均值V_T1N、偏航平均值Hz_T1N；第二全站仪T2相对n个角锥的俯仰平均值V_A2N、偏航平均值Hz_T2N；

$b_{T12}=\sqrt{{(X_{T1}-X_{T2})}^2+{(Y_{T1}-Y_{T2})}^2+{(Z_{T1}-Z_{T2})}^2}---\left(26\right)$

h_T12＝1/2(cotV_T12-cotV_T21)(27)

其中，

b_T12为第一全站仪T1到第二全站仪T2距离；

h_T12为第一全站仪T1与第二全站仪T2的高差；

n个角锥回光能量中心的在前方交会测量坐标系下坐标值(X_N、Y_N、Z_N)为：

$X_N=\frac{\sin B_N\·\cos A_N}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}---\left(28\right)$

$Y_N=\frac{\sin B_N\·\sin A_N}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}---\left(29\right)$

A_N＝Hz_T12-Hz_T1N(30)

B_N＝Hz_T21-H_T2N(31)

$Z_N=\frac{\sin A_N\·{\mathrm{tgV}}_{T2N}}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}+h_{T12}---\left(32\right).$

在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，所述的步骤(六)中，将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标的方法为：将步骤(一)定义的立方镜坐标系方向通过第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3建立于步骤(三)建立的前方交会测量坐标系内；步骤(五)中角锥回光能量中心坐标值通过第一全站仪T1和第二全站仪T2建立在步骤(三)建立的前方交会测量坐标系内，采用空间内三维坐标系转换方法，将角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了摆放角锥组合件时角锥的回光能量中心法线向量(立方镜坐标系Z轴指向)近似与大地水平面平行，全站仪架设高度与角锥组合件基准立方镜几何中心同高，保证了全站仪激光束俯仰角的最佳入射角度，提高全站仪自动识别的精准性；

(2)本发明采用了经纬仪A1向左、右旋转90°确定T1、T2位置的方法，且全站仪T1和T2相距1.7～2.2m；保证了全站仪T1和T2测量角锥组合件时的入射角保持在26±4°,符合角锥最大入射角度要求，达到对角锥的最佳测量范围。

(3)本发明中所有仪器全部两两互瞄多于4测回，建立互瞄实测数据，最大限度的减小相对定向引起的系统误差；选择经纬仪A1和A3测量第一根基准尺每点各多于4测回，最大限度的减小绝对定向引起的系统误差。

(4)本发明采用了自动照准搜索+交会测量的方法，自动照准搜索并识别角锥回光能量中心，读取角锥回光能量中心反射值，实现了空间前方交会坐标系统中自动精准测量角锥回光能量中心坐标；

(5)本发明采用的多测回和高精度定向及自动识别目标功能，提高了被动式合作目标角锥的导出精度，实现了均值标准偏差，(X、Y)坐标的标准偏差小于0.008mm，Z坐标的标准偏差小于0.018mm；测量精度远高于现有技术测量精度0.1～0.3mm。

附图说明

图1为本发明中目标角锥组合件回光能量中心导出方法的设备架设示意图；

图2为本发明目标角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

载人三期任务中，为提高光学成像式敏感器的抗杂光能力，采用了被动式合作目标，即角锥组合件式的合作目标。如何准确有效的测量各个角锥回光能量中心与基准立方镜之间的关系是被动式合作目标的关键。

如图1所示为目标角锥组合件回光能量中心导出方法的设备架设示意图，由图可知，一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：角锥组合件导出坐标系统包括角锥组合件(1)、基准立方镜(2)、转台(3)、角锥(4)、第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3、第一全站仪T1、第二全站仪T2；回光能量中心坐标精密导出方法包括如下步骤：

步骤(一)、在稳定的转台(3)上固定安装角锥组合件(1)；基准立方镜(2)固定安装在角锥组合件(1)侧面的几何中心位置；n个角锥(4)均匀分布固定安装在角锥组合件(1)n根伸出架上，n为正整数；并定义立方镜坐标系方向；

步骤(二)、依据角锥组合件(1)摆放位置架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2；

步骤(三)、建立空间前方交会测量坐标系；

步骤(四)、以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准，根据步骤(三)建立的空间前方交会测量坐标系，针对第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3构建角锥组合件立方镜坐标系；

步骤(五)、根据步骤(三)的前方交会测量坐标系，加入第一全站仪T1和第二全站仪T2，全站仪通过对n个角锥(4)的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量，得到n个角锥(4)的回光能量中心的坐标值，并将n个角锥(4)的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下；

步骤(六)、将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。

所述步骤(一)中，定义立方镜坐标系方向的方法为：以基准立方镜(2)几何中心为坐标系原点，沿几何中心垂直基准立方镜(2)方向为Z方向，竖直方向为Y方向，根据Y方向与Z方向，右手定则定义X方向。

所述步骤(二)中，第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2的架设方法为：沿基准立方镜(2)立方镜坐标系Z方向，在距基准立方镜(2)4～5m位置处架设第一经纬仪A1；使经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜(2)；将第一经纬仪A1向右旋转90°后，调低第一经纬仪A1镜头照地，A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第一基准点；第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光，激光照地点为第一经纬仪A1的第一对中点；连接第一经纬仪A1的第一对中点和第一基准点，以第一对中点为零点，沿第一对中点和第一基准点连线方向测量一定距离，作为第一全站仪T1的对中点，即第一全站仪T1的架设位置；将第一经纬仪A1向左旋转90°后，调低第一经纬仪A1镜头照地，A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第二基准点；第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光，激光照地点为第一经纬仪A1的第二对中点；连接第一经纬仪A1的第二对中点和第二基准点，以第二对中点为零点，沿第二对中点和第二基准点连线方向测量一定距离，作为第二全站仪T2的对中点，即第二全站仪T2的架设位置。

沿第一对中点和第一基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m，作为第一全站仪T1的对中点；沿第二对中点和第二基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m，作为第二全站仪T2的对中点。

第一全站仪T1和第二全站仪T2距基准立方镜(2)大于1.7m；第一全站仪T1和第二全站仪T2之间距离为1.7-2.2m；第一全站仪T1和角锥组合件(1)的连线与第二全站仪T2和角锥组合件(1)连线的夹角为22-30°。

所述步骤(三)中，建立空间前方交会测量坐标系方法为：以第一经纬仪A1为坐标系原点，A1经纬仪指向第二经纬仪A2为坐标系X方向；以第一经纬仪A1原点竖直方向为坐标系Z方向，根据X方向与Z方向，右手定则定义Y方向；完成前方交会测量坐标系相对方向定向；

第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄，第一经纬仪A1自动读出相对于第二经纬仪A2的俯仰角和偏航角；同时第二经纬仪A2自动读出相对于第一经纬仪A1的俯仰角和偏航角；第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄多于4测回，求得不少于四次测量的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值Hz_A12、第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值V_A12、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值V_A21、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值Hz_A21；

设定第一经纬仪A1和第二经纬仪A2之间的连线为前方交会测量坐标系基准线b，在第一经纬仪A1和第二经纬仪A2前方放置基准尺，基准尺轴向与基准线b平行；基准尺轴向距基准线b大于2m；基准尺上设置有第一参考点p1、第二参考点p2，第一参考点p1和第二参考点p2的间距为0.8m～2m；第一经纬仪A1测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值；第二经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值；第一经纬仪A1和第三经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2各不少于4次；分别测得第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值V_A1P1、V_A1P2，第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值Hz_A1P1、Hz_A1P2；第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值V_A2P1、V_A2P2，第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值Hz_A2P1、Hz_A2P2；

任意假定一近似基准长度b₀，计算第一参考点p1的近似坐标 和第二参考点p2的近似坐标

$X_1^0=\frac{\sin ({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\·\cos ({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})}{\sin \[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\]}\·b_0---\left(1\right)$

$Y_1^0=\frac{\sin ({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\·\sin ({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})}{\sin \[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\]}\·b_0---\left(2\right)$

$Z_1^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p1})\·{\mathrm{tgV}}_{A2P1}}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2p1})\]}\·b_0+h---\left(3\right)$

$h=\frac{1}{2}(\cot V_{A12}-{\mathrm{cotV}}_{A21})---\left(4\right)$

其中，

为第一参考点p1的坐标值；

Hz_A12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值；

V_A12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值；

V_A21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值；

Hz_A21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值；

Hz_A1P1为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p1的偏航平均值；

Hz_A2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的偏航平均值；

V_A2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的俯仰平均值；

通过公式(1)-(4)可求出第一参考点p1的近似坐标

$X_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\·cos({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0---\left(5\right)$

$Y_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\·sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0---\left(6\right)$

$Z_2^0=\frac{\sin ({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p2})\·{\mathrm{tgV}}_{A2P2}}{\sin \[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0+h---\left(7\right)$

$h=\frac{1}{2}(\cot V_{A12}-{\mathrm{cotV}}_{A21})---\left(8\right)$

其中，

为第一参考点p2的坐标值；

Hz_A1P2为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p2的偏航平均值；

Hz_A2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p2的偏航平均值；

V_A2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p2的俯仰平均值；

通过公式(5)-(8)可求出第一参考点p2的近似坐标

第一参考点p1与第二参考点p2间的近似距离d₀为：

$d_0=\sqrt{{(X_1^0-X_2^0)}^2+{(Y_1^0-Y_2^0)}^2+{(Z_1^0+Z_2^0)}^2}---\left(9\right)$

按相似原理，便可求出假定基准线长b₀与实际基准线长的比例值K：

K＝d/d₀＝b/b₀(10)

其中d为第一参考点p1和第二参考点p2的实际间距，m；

可以计算出基准线的实际长度b；

通过第一经纬仪A1和第二经纬仪A2对准互瞄实测数据和基线实际长度b，建立了空间前方交会测量坐标系。

所述步骤(四)中，构建角锥组合件立方镜坐标系的方法为：以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准，第一经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜(2)；第二经纬仪A2沿X方向对准基准立方镜(2)；第一经纬仪A1、第二经纬仪A2对基准立方镜(2)测量多于4测回，自动得出基准立方镜(2)分别相对于第一经纬仪A1、第二经纬仪A2的俯仰角和偏航角；以基准立方镜(2)前端面十字刻线中心为基点，架设第三经纬仪A3，进行交会角测量，基准立方镜(2)沿-Z方向平移基准立方镜(2)边长一半的距离，平移后基准立方镜(2)的位置为角锥组合件立方镜坐标系原点；以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为角锥组合件基准立方镜坐标系方向，建立角锥组合件基准立方镜坐标系。

第三经纬仪A3架设位置为，以基准立方镜(2)前端面十字刻线中心为基点，第三经纬仪A3与第一经纬仪A1对准基点的夹角为60-90°；第三经纬仪A3距基准立方镜(2)大于1.7m；

第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3相互进行对准互瞄不少于四次，求得不少于四次测量后第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3的偏航角平均值Hz_A1A3、第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值V_A1A3、第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值V_A2A3、第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3偏航角平均值Hz_A2A3，可以得出A3在前方交会测量坐标系的坐标(X_A3、Y_A3、Z_A3)：

$X_{A3}=\frac{\sin B_{A3}\·\cos A_{A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b---\left(11\right)$

$Y_{A3}=\frac{\sin B_{A3}\·\sin A_{A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b---\left(12\right)$

$Z_{A3}=\frac{\sin A_{A3}\·{\mathrm{tgV}}_{A2A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b+h---\left(13\right)$

A_A3＝Hz_A12-Hz_A1A3(14)

B_A3＝Hz_A21-Hz_A2A3(15)

其中，

Hz_A1A3为不少于四次测量后第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3的偏航角平均值；

Hz_A2A3为不少于四次测量后第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3偏航角平均值；

V_A2A3为不少于四次测量后第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值。

所述的步骤(五)中将n个角锥(4)的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下，第一全站仪T1与第一经纬仪A1和第二经纬仪A2互瞄不少于4测回，求得不少于四次测量后第一经纬仪A1相对第一全站仪T1的俯仰平均值V_A1T1、偏航平均值Hz_A1T1；第二经纬仪A2相对第一全站仪T1的俯仰平均值V_A2T1、偏航平均值Hz_A2T1；

第二全站仪T2与第一经纬仪A1和第二经纬仪A2互瞄不少于4次，求得不少于四次测量第一经纬仪A1相对于第二全站仪T2的俯仰平均值V_A1T2、偏航平均值Hz_A1T2；第二经纬仪A2相对第二全站仪T2的俯仰平均值V_A2T2、偏航平均值Hz_A2T2；

第一全站仪T1与第二全站仪T2互瞄不少于4次，求得不少于四次测量第一全站仪T1相对于第二全站仪T2偏航平均值Hz_T1T2、俯仰平均值V_T12；第二全站仪T2相对于第一全站仪T1俯仰平均值V_T21，偏航平均值Hz_T2T1；

计算得出T1在前方交会测量坐标系下的坐标(X_T1、Y_T1、Z_T1)为：

$X_{T1}=\frac{\sin B_{T1}\·\cos A_{T1}}{sin(A_{T1}+B_{T1})}\·b---\left(16\right)$

$Y_{T1}=\frac{\sin B_{T1}\·\sin A_{T1}}{sin(A_{T1}+B_{T1})}\·b---\left(17\right)$

$Z_{T1}=\frac{\sin A\·{\mathrm{tgV}}_{A2T1}}{sin(A+B)}\·b+h---\left(18\right)$

A_T1＝Hz_A12-Hz_A1T1(19)

B_T1＝Hz_A21-Hz_A2T1(20)

T2在前方交会测量坐标系下的坐标(X_T2、Y_T2、Z_T2)为：

$X_{T2}=\frac{\sin B_{T2}\·\cos A_{T2}}{sin(A_{T2}+B_{T2})}\·b---\left(21\right)$

$Y_{T2}=\frac{\sin B_{T2}\·\sin A_{T2}}{sin(A_{T2}+B_{T2})}\·b---\left(22\right)$

A_T2＝Hz_A12-Hz_A1T2(23)

B_T2＝Hz_A21-H_A2T2(24)

$Z_{T2}=\frac{\sin A_{T2}\·{\mathrm{tgV}}_{A2T2}}{sin(A_{T2}+B_{T2})}\·b+h---\left(25\right)$

第一全站仪T1和第二全站仪T2对n个角锥(4)的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量，自动搜索照准和交会测量不少于4次，得到第一全站仪T1相对n个角锥(4)的俯仰平均值V_T1N、偏航平均值Hz_T1N；第二全站仪T2相对n个角锥(4)的俯仰平均值V_A2N、偏航平均值Hz_T2N；

$b_{T12}=\sqrt{{(X_{T1}-X_{T2})}^2+{(Y_{T1}-Y_{T2})}^2+{(Z_{T1}-Z_{T2})}^2}---\left(26\right)$

h_T12＝1/2(cotV_T12-cotV_T21)(27)

其中，

b_T12为第一全站仪T1到第二全站仪T2距离；

h_T12为第一全站仪T1与第二全站仪T2的高差；

n个角锥(4)回光能量中心的在前方交会测量坐标系下坐标值(X_N、Y_N、Z_N)为：

$X_N=\frac{\sin B_N\·\cos A_N}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}---\left(28\right)$

$Y_N=\frac{\sin B_N\·\sin A_N}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}---\left(29\right)$

A_N＝Hz_T12-Hz_T1N(30)

B_N＝Hz_T21-H_T2N(31)

$Z_N=\frac{\sin A_N\·{\mathrm{tgV}}_{T2N}}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}+h_{T12}---\left(32\right).$

所述的步骤(六)中，将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标的方法为：将步骤(一)定义的立方镜坐标系方向通过第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3建立于步骤(三)建立的前方交会测量坐标系内；步骤(五)中角锥回光能量中心坐标值通过第一全站仪T1和第二全站仪T2建立在步骤(三)建立的前方交会测量坐标系内，采用空间内三维坐标系转换方法，将角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。

如图2所示为标角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法流程图，由图可知，依据角锥组合件摆放位置架设经纬仪及全站仪。在稳定的转台上摆放角锥组合件，摆放角锥组合件时角锥的回光能量中心法线向量近似与大地水平面平行。

距离基准立方镜4.5m位置处架设经纬仪A1准直角锥组合件的基准立方镜第一方向，向左、右各90°旋转经纬仪望远镜，望远镜物镜照准地面，放样T1、T2两台全站仪的对中点在A1左、右旋转90°时望远镜轴线上，使用钢尺量出T1、T2对中点距离A1对中点1m处，此位置为T1、T2全站仪架设位置；在此位置架设全站仪符合两点要求：1.全站仪的最短视距1.7m，此时T1和T2相距2m；2.T1和T2在此位置测量角锥组合件时的入射角保持在26±0.5°,符合角锥最大入射角度要求，如图1。

架设设备后，进行坐标系导出系统的建立。所有仪器全部两两互瞄4测回，建立互瞄实测数据，最大限度的减小相对定向的引起的系统误差；选择全站仪T1和T2测量第一根基准尺每点各4测回，选择A1和A3测量第二根基准尺每点各4测回；最大限度的减小绝对定向的引起的系统误差。

进行定向质量控制：单位权中误差接近于1；均方根误差小于所要求的测量精度(0.05mm)；观测值的改正数不易过大，一般控制在2"～3"。

完成空间前方交会系统建立后，建立基准立方镜坐标系，在基准立方镜第一轴向延长线上向前移动A1，在满足经纬仪最短视距的情况下架设A1，准直立方镜第一轴；在立方镜的第二轴向上架设经纬仪A2准直立方镜第二轴；A1、A2准直立方镜4测回，A3与A1进行交会测量时的角度在60°～90°之间，测量基准镜第一轴向端面的十字刻线，确定基准坐标系原点位置，原点位置为第一轴端面向后平移10mm，解算角锥组合件基准立方镜坐标系；

全站仪开启内置相机及ATR功能进行目标识别和数据读取。仪器内置的ATR发射出激光束，经过反射后由内置的CCD相机接收，相当于CCD相机中心的接收光点位置被计算。

两台全站仪分别读取各自内部系统接收的水平角和垂直角，并解算出空间内交会点，求得角锥回光能量中心，按此方法测量角锥组合件每个角锥的回光能量中心。

统一基准立方镜坐标系与角锥回光能量中心坐标。基准立方镜坐标系通过经纬仪建立于空间前方交会测量坐标系内，角锥回光能量中心通过全站仪建立于空间前方交会测量坐标系内，采用空间内三维坐标系转换方法，将角锥回光能量中心转至基准立方镜坐标系下，依此在基准立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心。

注意事项：

一、被动式合作目标角锥保护玻璃镀膜限制了角锥入射光线谱段。采用具有内置ATR(自动识别目标)功能的全站仪，在光机结构方面能满足同轴要求确保对角锥回光能量中心识别的准确性(ATR识别中心与角锥回光能量中心相一致)；

二、采用前方交会测量方法，对全站仪ATR识别角锥回光能量中心返回数据进行交会解算；

三、角锥回光能量中心空间坐标值与目标的基准立方镜坐标系统一建立在空间前方交会测量坐标系中；

四、通过空间坐标系关系转换，把角锥回光能量中心描述在光学基准坐标系下，从而实现被动式合作目标角锥回光能量中心与光学基准关系的导出；

五、采用多测回，精确照准的方法提高导出精度。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：角锥组合件导出坐标系统包括角锥组合件(1)、基准立方镜(2)、转台(3)、角锥(4)、第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3、第一全站仪T1、第二全站仪T2；回光能量中心坐标精密导出方法包括如下步骤：

步骤(一)、在稳定的转台(3)上固定安装角锥组合件(1)；基准立方镜(2)固定安装在角锥组合件(1)侧面的几何中心位置；n个角锥(4)均匀分布固定安装在角锥组合件(1)n根伸出架上，n为正整数；并定义立方镜坐标系方向；

步骤(二)、依据角锥组合件(1)摆放位置架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2；

步骤(三)、建立空间前方交会测量坐标系；

步骤(四)、以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准，根据步骤(三)建立的空间前方交会测量坐标系，针对第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3构建角锥组合件立方镜坐标系；

步骤(五)、根据步骤(三)的前方交会测量坐标系，加入第一全站仪T1和第二全站仪T2，全站仪通过对n个角锥(4)的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量，得到n个角锥(4)的回光能量中心的坐标值，并将n个角锥(4)的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下；

步骤(六)、将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。

2.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：所述步骤(一)中，定义立方镜坐标系方向的方法为：以基准立方镜(2)几何中心为坐标系原点，沿几何中心垂直基准立方镜(2)方向为Z方向，竖直方向为Y方向，根据Y方向与Z方向，右手定则定义X方向。

3.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：所述步骤(二)中，第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2的架设方法为：沿基准立方镜(2)立方镜坐标系Z方向，在距基准立方镜(2)4～5m位置处架设第一经纬仪A1；使经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜(2)；将第一经纬仪A1向右旋转90°后，调低第一经纬仪A1镜头照地，A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第一基准点；第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光，激光照地点为第一经纬仪A1的第一对中点；连接第一经纬仪A1的第一对中点和第一基准点，以第一对中点为零点，沿第一对中点和第一基准点连线方向测量一定距离，作为第一全站仪T1的对中点，即第一全站仪T1的架设位置；将第一经纬仪A1向左旋转90°后，调低第一经纬仪A1镜头照地，A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第二基准点；第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光，激光照地点为第一经纬仪A1的第二对中点；连接第一经纬仪A1的第二对中点和第二基准点，以第二对中点为零点，沿第二对中点和第二基准点连线方向测量一定距离，作为第二全站仪T2的对中点，即第二全站仪T2的架设位置。

4.根据权利要求3所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：沿第一对中点和第一基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m，作为第一全站仪T1的对中点；沿第二对中点和第二基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m，作为第二全站仪T2的对中点。

5.根据权利要求4所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：第一全站仪T1和第二全站仪T2距基准立方镜(2)大于1.7m；第一全站仪T1和第二全站仪T2之间距离为1.7-2.2m；第一全站仪T1和角锥组合件(1)的连线与第二全站仪T2和角锥组合件(1)连线的夹角为22-30°。

6.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：所述步骤(三)中，建立空间前方交会测量坐标系方法为：以第一经纬仪A1为坐标系原点，A1经纬仪指向第二经纬仪A2为坐标系X方向；以第一经纬仪A1原点竖直方向为坐标系Z方向，根据X方向与Z方向，右手定则定义Y方向；完成前方交会测量坐标系相对方向定向；

第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄，第一经纬仪A1自动读出相对于第二经纬仪A2的俯仰角和偏航角；同时第二经纬仪A2自动读出相对于第一经纬仪A1的俯仰角和偏航角；第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄多于4测回，求得不少于四次测量的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值Hz_A12、第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值V_A12、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值V_A21、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值Hz_A21；

设定第一经纬仪A1和第二经纬仪A2之间的连线为前方交会测量坐标系基准线b，在第一经纬仪A1和第二经纬仪A2前方放置基准尺，基准尺轴向与基准线b平行；基准尺轴向距基准线b大于2m；基准尺上设置有第一参考点p1、第二参考点p2，第一参考点p1和第二参考点p2的间距为0.8m～2m；第一经纬仪A1测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值；第二经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值；第一经纬仪A1和第三经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2各不少于4次；分别测得第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值V_A1P1、V_A1P2，第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值Hz_A1P1、Hz_A1P2；第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值V_A2P1、V_A2P2，第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值Hz_A2P1、Hz_A2P2；

任意假定一近似基准长度b₀，计算第一参考点p1的近似坐标 和第二参考点p2的近似坐标

$X_1^0=\frac{\sin ({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\·\cos ({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})}{\sin \[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\]}\·b_0---\left(1\right)$

$Y_1^0=\frac{\sin ({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\·\sin ({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})}{\sin \[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P1})\]}\·b_0---\left(2\right)$

$Z_1^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p1})\·{\mathrm{tgV}}_{A2P1}}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p1})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2p1})\]}\·b_0+h---\left(3\right)$

$h=\frac{1}{2}(\cot V_{A12}-{\mathrm{cotV}}_{A21})---\left(4\right)$

其中，

Y₁ ⁰、为第一参考点p1的坐标值；

Hz_A12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值；

V_A12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值；

V_A21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值；

Hz_A21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值；

Hz_A1P1为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p1的偏航平均值；

Hz_A2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的偏航平均值；

V_A2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的俯仰平均值；

通过公式(1)-(4)可求出第一参考点p1的近似坐标

$X_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\·cos({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0---\left(5\right)$

$Y_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\·sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0---\left(6\right)$

$Z_2^0=\frac{sin({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1p2})\·{\mathrm{tgV}}_{A2P2}}{sin\[({\mathrm{Hz}}_{A12}-{\mathrm{Hz}}_{A1P2})+({\mathrm{Hz}}_{A21}-{\mathrm{Hz}}_{A2P2})\]}\·b_0+h---\left(7\right)$

$h=\frac{1}{2}(\cot V_{A12}-{\mathrm{cotV}}_{A21})---\left(8\right)$

其中，

为第一参考点p2的坐标值；

Hz_A1P2为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p2的偏航平均值；

Hz_A2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p2的偏航平均值；

V_A2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p2的俯仰平均值；

通过公式(5)-(8)可求出第一参考点p2的近似坐标

第一参考点p1与第二参考点p2间的近似距离d₀为：

$d_0=\sqrt{{(X_1^0-X_2^0)}^2+{(Y_1^0-Y_2^0)}^2+{(Z_1^0+Z_2^0)}^2}---\left(9\right)$

按相似原理，便可求出假定基准线长b₀与实际基准线长的比例值K：

K＝d/d₀＝b/b₀(10)

其中d为第一参考点p1和第二参考点p2的实际间距，m；

可以计算出基准线的实际长度b；

通过第一经纬仪A1和第二经纬仪A2对准互瞄实测数据和基线实际长度b，建立了空间前方交会测量坐标系。

7.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：所述步骤(四)中，构建角锥组合件立方镜坐标系的方法为：以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准，第一经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜(2)；第二经纬仪A2沿X方向对准基准立方镜(2)；第一经纬仪A1、第二经纬仪A2对基准立方镜(2)测量多于4测回，自动得出基准立方镜(2)分别相对于第一经纬仪A1、第二经纬仪A2的俯仰角和偏航角；以基准立方镜(2)前端面十字刻线中心为基点，架设第三经纬仪A3，进行交会角测量，基准立方镜(2)沿-Z方向平移基准立方镜(2)边长一半的距离，平移后基准立方镜(2)的位置为角锥组合件立方镜坐标系原点；以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为角锥组合件基准立方镜坐标系方向，建立角锥组合件基准立方镜坐标系。

8.根据权利要求7所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：第三经纬仪A3架设位置为，以基准立方镜(2)前端面十字刻线中心为基点，第三经纬仪A3与第一经纬仪A1对准基点的夹角为60-90°；第三经纬仪A3距基准立方镜(2)大于1.7m；

第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3相互进行对准互瞄不少于四次，求得不少于四次测量后第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3的偏航角平均值Hz_A1A3、第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值V_A1A3、第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值V_A2A3、第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3偏航角平均值Hz_A2A3，可以得出A3在前方交会测量坐标系的坐标(X_A3、Y_A3、Z_A3)：

$X_{A3}=\frac{\sin B_{A3}\·\cos A_{A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b---\left(11\right)$

$Y_{A3}=\frac{\sin B_{A3}\·\sin A_{A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b---\left(12\right)$

$Z_{A3}=\frac{\sin A_{A3}\·{\mathrm{tgV}}_{A2A3}}{sin(A_{A3}+B_{A3})}\·b+h---\left(13\right)$

A_A3＝Hz_A12-Hz_A1A3(14)

B_A3＝Hz_A21-Hz_A2A3(15)

其中，

Hz_A1A3为不少于四次测量后第一经纬仪A1相对于第三经纬仪A3的偏航角平均值；

Hz_A2A3为不少于四次测量后第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3偏航角平均值；

V_A2A3为不少于四次测量后第二经纬仪A2相对于第三经纬仪A3俯仰角平均值。

9.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：所述的步骤(五)中将n个角锥(4)的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下，第一全站仪T1与第一经纬仪A1和第二经纬仪A2互瞄不少于4测回，求得不少于四次测量后第一经纬仪A1相对第一全站仪T1的俯仰平均值V_A1T1、偏航平均值Hz_A1T1；第二经纬仪A2相对第一全站仪T1的俯仰平均值V_A2T1、偏航平均值Hz_A2T1；

第二全站仪T2与第一经纬仪A1和第二经纬仪A2互瞄不少于4次，求得不少于四次测量第一经纬仪A1相对于第二全站仪T2的俯仰平均值V_A1T2、偏航平均值Hz_A1T2；第二经纬仪A2相对第二全站仪T2的俯仰平均值V_A2T2、偏航平均值Hz_A2T2；

第一全站仪T1与第二全站仪T2互瞄不少于4次，求得不少于四次测量第一全站仪T1相对于第二全站仪T2偏航平均值Hz_T1T2、俯仰平均值V_T12；第二全站仪T2相对于第一全站仪T1俯仰平均值V_T21，偏航平均值Hz_T2T1；

计算得出T1在前方交会测量坐标系下的坐标(X_T1、Y_T1、Z_T1)为：

$X_{T1}=\frac{\sin B_{T1}\·\cos A_{T1}}{sin(A_{T1}+B_{T1})}\·b---\left(16\right)$

$Y_{T1}=\frac{\sin B_{T1}\·\sin A_{T1}}{sin(A_{T1}+B_{T1})}\·b---\left(17\right)$

$Z_{T1}=\frac{\sin A\·{\mathrm{tgV}}_{A2T1}}{sin(A+B)}\·b+h---\left(18\right)$

A_T1＝Hz_A12-Hz_A1T1(19)

B_T1＝Hz_A21-Hz_A2T1(20)

T2在前方交会测量坐标系下的坐标(X_T2、Y_T2、Z_T2)为：

$X_{T2}=\frac{\sin B_{T2}\·\cos A_{T2}}{\sin (A_{T2}+B_{T2})}\·b---\left(21\right)$

$Y_{T2}=\frac{\sin B_{T2}\·\sin A_{T2}}{sin(A_{T2}+B_{T2})}\·b---\left(22\right)$

A_T2＝Hz_A12-Hz_A1T2(23)

B_T2＝Hz_A21-H_A2T2(24)

$Z_{T2}=\frac{\sin A_{T2}\·{\mathrm{tgV}}_{A2T2}}{sin(A_{T2}+B_{T2})}\·b+h---\left(25\right)$

第一全站仪T1和第二全站仪T2对n个角锥(4)的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量，自动搜索照准和交会测量不少于4次，得到第一全站仪T1相对n个角锥(4)的俯仰平均值V_T1N、偏航平均值Hz_T1N；第二全站仪T2相对n个角锥(4)的俯仰平均值V_A2N、偏航平均值Hz_T2N；

$b_{T12}=\sqrt{{(X_{T1}-X_{T2})}^2+{(Y_{T1}-Y_{T2})}^2+{(Z_{T1}-Z_{T2})}^2}---\left(26\right)$

h_T12＝1/2(cotV_T12-cotV_T21)(27)

其中，

b_T12为第一全站仪T1到第二全站仪T2距离；

h_T12为第一全站仪T1与第二全站仪T2的高差；

n个角锥(4)回光能量中心的在前方交会测量坐标系下坐标值(X_N、Y_N、Z_N)为：

$X_N=\frac{\sin B_N\·\cos A_N}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}---\left(28\right)$

$Y_N=\frac{\sin B_N\·\sin A_N}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}---\left(29\right)$

A_N＝Hz_T12-Hz_T1N(30)

B_N＝Hz_T21-H_T2N(31)

$Z_N=\frac{\sin A_N\·{\mathrm{tgV}}_{T2N}}{sin(A_N+B_N)}\·b_{T12}+h_{T12}---\left(32\right).$

10.根据权利要求1-9之一所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法，其特征在于：所述的步骤(六)中，将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标的方法为：将步骤(一)定义的立方镜坐标系方向通过第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3建立于步骤(三)建立的前方交会测量坐标系内；步骤(五)中角锥回光能量中心坐标值通过第一全站仪T1和第二全站仪T2建立在步骤(三)建立的前方交会测量坐标系内，采用空间内三维坐标系转换方法，将角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下，在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。