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激光经纬仪因其精度高,测量范围广,便于移动等特点,在大空间、大尺寸、高精度测量技术领域占有重要地位,被广泛应用于航天航空,船舶制造,桥梁测量等领域。激光经纬仪测量系统在测量前首先要标定两台经纬仪间的位姿关系,即系统定向过程。传统标定方法采用定长基准尺,标定过程中需要人工通过望远镜系统精确瞄准,随机误差大,标定速度慢,往往需要多次标定才能达到满意的精度。而本课题组提出并研究的新型非正交轴系激光“经纬仪”,更是采用一准直激光器代替了传统望远镜,因此也无法再采用传统人工瞄准定长基准尺的标定方式。但无论是传统激光经纬仪,还是新型非正交轴系激光“经纬仪”,它们都采用一准直激光光束实现了视准轴的可视化。针对这一特点,本文基于光电位置敏感器件PSD研究了一种更适合于激光经纬仪定向应用的光电基准尺。采用该基准尺进行定向时,无需瞄准某一固定标记点,提供了“可变的”长度基准,且具有“可变”长度解算、无线数据传输等功能,甚至主动引导激光经纬仪的精确交会,实现系统定向过程的自动化。本文的研究内容和主要工作如下:1.对比分析了国内外大空间、大尺寸、高精度测量领域常见的测量方法与仪器,介绍了它们的基本原理,定向方法以及基准尺的结构功能。在此基础上提出了适用于激光经纬仪测量系统定向的新型“可变”长度光电基准尺,简单介绍了基准尺的功能与特点。2.研究了激光经纬仪测量系统的定向方法,给出了基于“可变”长光电基准尺的经纬仪测量系统定向方案。3.结合PSD的横向光电效应,从物理学角度具体分析了PSD的原理,进行了PSD器件选型,研究了PSD定位精度的影响因素以及相应的降噪方法,并针对室外环境应用的需求,提出了消除背景光影响的方案。4.完成了PSD信息采集、处理模块和蓝牙传输模块等“可变”长度基准尺的硬件设计工作,并选用合适的基准尺材料,制作了“可变”长度光电基准尺。5.研究了基准尺两端PSD的位姿标定方法,尤其是分析了安装有激光测距传感器的三坐标测量机的测量模型,及基于此设备的基准尺参数标定方法。6.设计相关实验,完成了“可变”长度光电基准尺的参数标定与精度评价。