CN1632464A - 用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码及其编码解码方法 - Google Patents

用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码及其编码解码方法 Download PDF

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Abstract

用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码及其编码解码方法，其码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于每个码元的宽度相等。具有解码运算简单，计算量小且测量速度高的优点，且该方法设计的水准尺还可以同时实现光学人工模拟读数。

Description

用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码及其编码解码方法
技术领域
该技术属于测绘仪器制造技术领域。
背景技术
目前数字水准仪条码尺的解码原理主要有相关法、几何法和相位法，还有一些其他方法。相关法的典型代表是瑞士的leica仪器，标尺直接以黑白二进制进行编码，专利号：DE0019530788C1；几何法的典型代表是Trimble仪器，标尺采用双相位二进制编码，专利号：DE0019826873C1；相位法的典型代表是日本TOPCON的专利：93121271.5、01137724.0和日本SOKKIA的专利98104318.6，标尺条码由若干组码宽受不同周期的正弦调制的码序组成；还有一些其他方法的专利如日本SOKKIA的等距码码宽数字调制，专利号98125342.3；杨俊志先生的等距码码宽正弦调制，专利号03153286.1；赵珞成先生的图像匹配原理，专利号200310111409.2。
纵观现有技术方法，各有利弊，要么条码复杂，标尺制作困难；要么编码解码运算复杂，计算量大且测量速度慢或硬件成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码及其编码解码方法，具有解码运算简单，计算量小且测量速度高的优点。
本发明的用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于每个码元的宽度相等。
如上所述的用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于比例码有4种，其暗条纹的占空比分别为15％、30％70％和85％。
如上所述的用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于条码的边沿刻划有人工可识别的示值。
如上所述的用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码的编码解码方法，其特征在于比例码至少有4种，且按占空比小于50％和大于50％分成两类，编码和解码时对近距离均按4种比例码处理，对远距离以占空比50％为界按两级比例码处理。
本发明的原理和有益效果
用于数字电子水准仪的条码标尺或电子经纬仪(全站仪)度盘，其条码的编码方法是以码元宽度相等的比例码作为载码，将约定的规律(包括伪随机规律、正弦规律等)的测量码对比例码进行占空比调制，使得约定的规律的测量码调制寄生在比例码之中。
本技术方法为码相位法，其技术方法不同于前几种方法的主要点在于：码相位法使用伪随机序列码(或其他约定规律的测量码)直接译码获取粗测值，而以码元相对电子中丝的相位测量出精测值，然后对粗、精观测值进行衔接就获得观测结果。实现这一解码原理的技术核心是本编码方法为等宽等距码占空比数字调制：即以码元宽度相等的比例码作为载码，将伪随机码(或其他约定规律的测量码)对比例码进行占空比调制，使得伪随机码调制寄生在比例码之中。比例码码元宽度相等当然就使相邻码元中心的距离也相等。恒定的码元宽度方便了伪随机码的解调，完全回避了相关法的二维相关运算的巨大运算量，也回避了几何法和相位法的标尺制作复杂等缺陷，同时恒定的码元宽度使得视距解算非常方便，仪器的设计制造也大大简化。而且由于有了宽度恒定的码元，该方法设计的水准尺还可以同时实现光学人工模拟读数，刻划示值对应于每一码元的边沿，使得普通光学水准仪也可以使用该水准尺，校核更方便。
而电子经纬仪(全站仪)的测角同样也可以使用本编码方法。
本编码方法应用于数字电子水准仪或电子经纬仪(全站仪)的最大优点就是：解码和计算都简单快捷，条码标尺或度盘的制造也很简便，大大方便了仪器的设计制造。
附图说明
图1，是本发明一个实施例的码元和条码结构示意图。
图2，是本发明实施例的编码解码方法的示意图。
图3，是数字电子水准仪测量成像示意图。
具体的实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的说明。
本发明一个实施例的码元和条码结构如图1所示。
1、码元：每一个码元都是由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，每个码元宽度都相同——即明条纹宽度加暗条纹宽度等于固定值；本实施例的明为白，暗为黑，但明暗系指光学亮度反差的涵意，不仅仅只是白色和黑色，也包含其他亮度有明暗差异的颜色配置，譬如淡黄和深蓝等。
2、比例码：不同占空比的码元被称为比例码，以比例码中明暗条纹的宽度比例值来实现编码。本实施例的图1例举的四种比例码分别对应于数码0、1、2和3，其暗条纹相对码元宽度的占空比分别为20％、40％、60％和80％。当然将条纹的明暗顺序颠倒过来也是可以的，将每种码约定为其他占空比例关系也是可以的，比如15％、30％、70％和85％，将码元的种类增加和减少也是可以的。3、编码和解码：如图2所示。
粗测：粗测的第一步就是要将测量码从比例码中解调出来完成第一步解码。
考虑到实际水准测量应用中视距差异很大，望远镜成像分辨力随距离远近而不同，视场大小也随距离远近而不同，本技术方法采取远近分级兼容解码。这里例举4级编码的远近分级兼容解码规则：首先取4级比例码，4种不同的占空比例关系分别对应数字码0、1、2和3，或者00、01、10和11，取最小码段长度为5个码元，则可实现45＝1024种不同的编码，这样只需保证伪随机码的周期足够即可。这样近视距测量时，只要望远镜视场能观测到水准标尺的5个码元(如果码元宽度为1cm则是5cm的宽度)即可解调出近码的10位二进制的伪随机码段(一个码元解调出2位二进制码)；而在远视距测量时，成像缩小，难以准确实现对码元的4级比例分辨，就直接进行2级比例分辨，即把近码的0和1都解码为远码的0，而把近码的2和3都解码为远码的1，这样远距离时，只要望远镜视场能观测到水准标尺的10个码元(如果码元宽度为1cm则是10cm的宽度)即可解调出远码的10位二进制的伪随机码段(一个码元只解调出1位二进制码)。附图2表示的就是某段标尺远近视距时的近码和远码二种解码值的对应关系。
需要指出的是，为保证远近分级兼容解码技术的有效实现，保证远距离时解码的可靠，比例码在编码时需要采取比例反差增强措施——就是说四种码不是严格遵循20％、40％、60％和80％的占空比均匀递增比例关系，而是将码0、1和码2、3的占空比例差距拉大，譬如占空比例分别为15％、30％和70％、85％，附图2中可以看到码0、1和码2、3的黑条纹比例明显拉大后对远视距分辨力带来的好处。
完成了测量码的第一步解码后，下一步就直接对获得的近码或远码译码产生粗测值，译码方法可以用查表法、也可以根据码序方程计算实现，还可以采用一维相关算法。近码和远码码段一一对应且不重复同时也保证码段与粗测值的单值性对应关系是必须的。
精测：精测过程是对载码(比例码)相对电子中丝的起始相位的测量过程。
无论远码近码，解码时都将进行码元边沿的探测而获得码相位，同时解算出码元的平均宽度，根据平均宽度值和电子中丝的位置确立中丝的相位分布，然后求出码相位与中丝相位的平均相位差，再由相位差和码元在标尺上的实际宽度推算出精测值。附图2中码相位和中丝的相位分布表达的就是码相位精测原理示意。这里和几何法相位法的精测原理是类似的。
视距解算
由于码元宽度已知，码元在水准仪的成像宽度也已经测出，而水准仪望远镜的焦距(和像距近似相等)也已知，根据相似三角形的比例关系即可求出视距。见附图3。
4、人工读数
和普通光学水准仪的读数方法相同。
5、电子经纬仪(全站仪)的测角应用
电子经纬仪(全站仪)的度盘与光学系统、传感器的位置相对固定，对度盘使用此编码方法不必考虑远近码兼容问题，应用更加简单。

Claims (4)

1、用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其码元由一对明暗条纹组成，明暗顺序一致，码元中暗条纹的占空比至少有两种，不同占空比的码元称为比例码，多个比例码按约定的规律排列，构成数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于每个码元的宽度相等。
2、如权利要求1所述的用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于比例码有4种，其暗条纹的占空比分别为15％、30％70％和85％。
3、如权利要求1或2所述的用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码，其特征在于条码的边沿刻划有人工可识别的示值。
4、如上所述的用于数字水准仪条码尺和电子经纬仪度盘的条码的编码解码方法，其特征在于比例码至少有M种，M≥4，且按占空比小于50％和大于50％分成两类，编码和解码时对近距离均按M种比例码处理，对远距离以占空比50％为界按两级比例码处理。
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