[發明專利]基于傾角傳感的室內測量定位系統基站姿態自動補償方法

有效

• 申請號: 201710419021.0
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107144273B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 林嘉睿;邾繼貴;任永杰;楊凌輝;郭思陽;齊峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.基于傾角傳感的室內測量定位系統基站姿態自動補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：根據發射站內部機械結構，設置嵌入有傾角傳感器的發射站；

步驟二：基于自動安平水準儀與導軌機構，搭建水平基準坐標系；

步驟三：結合傾角傳感器測量模型與發射站旋轉測量模型，輔以水平基準坐標系，標定傾角傳感坐標系與發射站測量坐標系相互位姿關系；

步驟四：通過傾角傳感器的輸出，結合姿態補償算法，實時更新發射站姿態。

2.根據權利要求1所述基于傾角傳感的室內測量定位系統基站姿態自動補償方法，其特征在于，步驟二中建立水平基準坐標系的步驟如下：

步驟2-1：布置自動安平水準儀，根據水準泡將其調平；

步驟2-2：設置球形接收器和與其配套的承載球座；

步驟2-3：布置可升降的所述導軌機構，導軌機構上固定所述承載球座，承載球座上放置替代所述球形接收器的激光跟蹤儀的反射靶球，調節導軌機構使反射靶球的球心處于水準器目鏡十字叉絲交點處，即完成了等高控制點的布置；

步驟2-4：通過激光跟蹤儀測量等高控制點及其他控制點，以等高控制點為xoy平面建立水平基準坐標系Oh-xhyhzh。

3.根據權利要求2所述基于傾角傳感的室內測量定位系統基站姿態自動補償方法，其特征在于，所述反射靶球為1.5英寸。

4.根據權利要求1所述基于傾角傳感的室內測量定位系統基站姿態自動補償方法，其特征在于，步驟三標定傾角傳感坐標系與發射站測量坐標系相互位姿關系的步驟如下：

步驟3-1：結合發射站測量范圍，在水平基準坐標系前布置發射站，發射站測量水平基準坐標系的所有點；

步驟3-2：定義發射站坐標系Ot-xtytzt，根據發射站測量模型，計算出發射站坐標系與水平基準坐標系Oh-xhyhzh的旋轉矩陣，其中兩個坐標系滿足以下關系：

a m cosθ m + b m sinθ m a m sinθ m - b m cosθ m c m d m T · R T H T T H 0 1 · x h y h z h 1 = 0 ]]>其中(am,bm,cm,dm)m＝1,2是發射站的光平面方程,m是光平面方程序號，θ是發射站掃描角，(xh,yh,zh)為水平基準坐標系下坐標；分別是發射站到水平基準坐標系的旋轉矩陣與平移矩陣；

步驟3-3：通過空間后方交會測量方法，計算得到發射站到水平基準坐標系的旋轉矩陣步驟3-4：建立傾角傳感器測量模型，定義傾角傳感器坐標系為Oi-xiyizi；

步驟3-5：根據傾角傳感器測量模型，將傾角傳感器讀數轉化為繞相應軸的旋轉角：

θ i = a γ i = - arcsin ( s i n β cos a ) ]]>

其中a和β是傾角傳感器輸出讀數，θi和γi為傾角傳感器繞自身x,y軸的旋轉角；

則水平基準坐標系到傾角傳感器坐標系的旋轉矩陣為：

R H I = R y i · R x i · R z i = cosγ i 0 sinγ i 0 1 0 - sinγ i 0 cosγ i 1 0 0 0 cosθ i - sinθ i 0 sinθ i cosθ i cosψ i - sinψ i 0 sinψ i cosψ i 0 0 0 1 ]]>

其中ψi為旋轉矩陣中繞z軸旋轉角；

步驟3-6：定義發射站坐標系到傾角傳感器坐標系的旋轉矩陣為并將旋轉矩陣參數化

R H T = ( R T H ) - 1 = r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 r 7 r 8 r 9 R T I = r i 1 r i 2 r i 3 r i 4 r i 5 r i 6 r i 7 r i 8 r i 9 ]]>

其中r1…r9為已知參數，ri1…ri9為待求參數；

步驟3-7：根據坐標系剛性變換關系，可以得到：

數學處理后即為：

r i 1 r 3 + r i 2 r 6 + r i 3 r 9 = - cosθ i sinγ i r i 4 r 3 + r i 5 r 6 + r i 6 r 9 = sinθ i r i 7 r 3 + r i 8 r 6 + r i 9 r 9 = cosθ i cosγ i ]]>

步驟3-8：調整測量基站至少三個姿態，結合旋轉矩陣正交約束條件，構建非線性最優化目標方程，迭代優化求解；

E = Σ j = 1 n ( F j 1 2 + F j 2 2 + F j 3 2 ) + M Σ j = 1 6 f j 2 ]]>

其中

f 1 = r i 1 2 + r i 2 2 + r i 3 2 - 1 = 0 f 2 = r i 4 2 + r i 5 2 + r i 6 2 - 1 = 0 f 3 = r i 7 2 + r i 8 2 + r i 9 2 - 1 = 0 f 4 = r i 1 i 4 + r i 2 i 5 + r i 3 i 6 = 0 f 5 = r i 1 i 7 + r i 2 i 8 + r i 3 i 9 = 0 f 6 = r i 4 i 7 + r i 5 i 8 + r i 6 i 9 = 0 . ]]>