10萬臺全站儀、13萬臺電子經緯儀，這個數量在當初連做夢都不敢想的事情，在16年后的今天變成了現實。

作為在南方全站儀廠從事電子經緯儀、全站儀研制與生產工作16年之余的我，激動不已的同時也未免有些壓力：經歷了16年的發展，我們的產量已經達到了世界第一，全站儀的中低端方面已經和國外發達的廠商站到了同一起跑線上，但在高精度自動伺服全站儀（機器人全站儀）方面還存在較大的差距。在未來的3到5年的時間內，研制和批量生產自動伺服全站儀，應該是我們的首要任務。

目前，南方北京工廠基本掌握了高精度自動伺服全站儀的各項關鍵技術，主要包括高精度測角系統、高精度測距系統、瞄準跟蹤系統和伺服驅動系統。

（一）高精度測角系統

（1）放棄原先的半浮動立軸結構，采用密珠軸系。密珠軸系是北京工廠最新研制的立軸系統，軸系的內軸和外軸通過兩套精密鋼珠配合，縱向靠平面保持架上的鋼珠定位，橫向靠圓柱型保持架上的鋼珠與內軸和外軸的兩個曲面過盈配合，即無間隙配合。內外軸相對旋轉時，保持架上的鋼珠在公轉圓周上做自傳滾動。

密珠軸系有以下優點：

A、內外軸和鋼珠是過盈配合，過盈量選擇合適，保證在－40℃～＋60℃的范圍內，無間隙轉動，精度不丟失。

B、圓柱型保持架上安排了100多顆精密鋼珠，每顆鋼珠的旋轉軌跡均不重合，可以認為內軸的旋轉中心為100多個鋼珠公轉圓心的平均值，使旋轉軸的精度更高。

C、只有滾動摩擦，無滑動摩擦，軸不易卡死、轉動靈活。

（2）采用絕對編碼測角技術，在水平軸和垂直軸上都安裝四個角度讀取頭，盡可能地減少旋轉軸及鍍盤的偏心誤差。

試驗證明，采用了密珠軸系和四個讀取頭的測角系統，水平角的精度完全能達到1秒級甚至更高級別的精度。

（二）高精度測距系統

（1）全新的五同軸光路設計，即望遠、測距激光發射、測距激光接收、瞄準光源發射和瞄準圖像接收五個光軸的同軸。測距激光采用中心發射，四周接收的光路系統，主物鏡發射部分打通。發射光從儀器內部射出時，盡量減少穿過物鏡的介面數量，使光串擾大為減少。

（2）采用相位式測量，提高測距頻率。

眾所周知相位式測距儀的測尺長度λ=C/2f，C=光在空氣中的傳播速度（約30萬公里/秒），f=電磁波測距的調制頻率。提高調制頻率就能降低測尺長度λ，當測相器的測相精度相同時，減小測尺長度就能提高測量精度。國內常規測距儀的測距調制頻率一般為15MHz~60MHz，我們把在伺服全站儀上的測距載波頻率提高為150MHz，即精測測尺長度λ將縮短為1.0米。精測測尺的縮短使得在鑒相精度和信噪比都不變的情況下，儀器精度大為提高。

（3）采用頻譜分析法測相。伺服全站儀所采用的測相原理和頻譜分析儀的原理相似，對測距信號通過高精度模數變換器（14位）高速定時采樣，得到與采樣周期間隔相同的離散信號序列；對該離散信號進行快速傅里葉變換（FFT），就可得到測距信號的幅值和相位。經理論證明和實驗證明，此測相方法的鑒相精度能達到萬分之一。如果伺服全站儀的測距精測測尺選為1.0米，鑒相精度可達0.10毫米，完全滿足伺服全站儀高精度測距的要求。

（三）瞄準跟蹤系統

瞄準跟蹤系統是伺服全站儀的核心技術，完成對目標棱鏡的搜索、精確瞄準和鎖定。瞄準跟蹤系統由紅外面光源系統、光學成像系統、圖像處理系統組成。

（1）紅外面光源系統：由高亮度紅外激光二極管、混相光纖和準直透鏡組成，激光二極管近似為點光源，和特殊的光纖耦合，經過混相處理后在光纖的出射端面形成一個光密度均勻的面光源。由面光源發出的紅外光經過準直透鏡準直后以充滿望遠鏡視場（視場角1.5度）的角度照亮全站儀前方視場。

（2）光學成像系統：和全站儀的望遠鏡系統、測距系統共用一套光學系統。在有效距離和望遠鏡視場內被紅外光照亮的目標棱鏡的影像，通過光學系統的分光和成像，照射到圖像傳感器面陣CCD上。

（3）圖像處理系統：該系統把聚焦在面陣CCD上的目標棱鏡的實像（是中心對稱圖像）讀到高速緩存中，經過高速微處理器對形狀和亮度信息的處理，計算出目標棱鏡在望遠鏡視場的精確位置，由于采用高像素（480X480）的面陣CCD，并且對圖像通過10位A/D進行采集，最后經過科學的計算可以把目標棱鏡在視場的位置定位誤差確保在1秒以下，遠遠高于人眼的分辨精度。

（四）伺服驅動系統

伺服驅動系統是高精度伺服全站儀的運動執行環節和核心部分，該系統由驅動電機（含編碼器）、編碼手輪、微控制器組成。主要完成以下幾個功能：

（1）在搜尋或快速接近目標棱鏡時，全站儀的照準部或望遠鏡需要高速轉動，此時馬達高速轉動，馬達自帶的編碼器粗略測量儀器的轉動角度，并控制馬達的轉速和轉動與否。

（2）在伺服全站儀需要精確瞄準目標棱鏡時，需要微調儀器來瞄準目標棱鏡。此時馬達低速轉動，由瞄準跟蹤系統測得的棱鏡在視場主的位置與主光軸的偏差來控制馬達的轉速和轉動與否，同時角度測量系統測出水平角度和垂直角度。

（3）當伺服全站儀跟蹤鎖定目標棱鏡時，儀器連續執行精確瞄準目標棱鏡的動作，并同時測量水平角和垂直角。

（4）當伺服全站儀需要轉動到用戶設定的角度時，馬達起初高速旋轉，馬達自帶的編碼器粗略控制轉動角度。在接近設定的角度時，馬達慢速旋轉，角度測量系統進行角度測量并來控制馬達的轉速和轉動與否。

（5）當用戶微調儀器的微調手輪時，微調手輪上的旋轉編碼器輸出的正交編碼信號控制馬達微步轉動，并同時測量水平角和垂直角。

以上是南方測繪所掌握的伺服全站儀的各項關鍵技術，絕大部分已經驗證通過，樣機試制也已經完成，正處在綜合試驗、聯合調試和實地測試檢驗階段，預計2012年會進入小批量生產階段。

隨著地理信息產業的不斷發展壯大，未來幾年對海量數據的需求也會日益增大，到那時高效率、高精度、全自動的伺服全站儀會逐漸站上測繪的舞臺并快速成為主角，已經做好準備的南方測繪也會把握這次機會，成為不僅產量世界第一，并且技術世界領先的大廠，為我國從現在的測繪儀器大國走向測繪儀器強國做出應有的貢獻。