[發明專利]一種基于北斗/GNSS塔吊姿態自動監測方法

在審

• 申請號: 201910709482.0
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110608714A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 柯福陽;李跟旺;王明明
• 申請（專利權）人: 江蘇科博空間信息科技有限公司
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01C1/02;G01S19/14;B66C23/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于北斗/GNSS塔吊姿態自動監測方法，其特征在于包括以下幾個步驟

(1)塔吊上的北斗/GNSS監測設備通過北斗/GNSS接收機的接收天線對北斗/GNSS衛星信號進行接收；

(2)以衛星天線的相位中心為載體中心來提取衛星信號中的經緯度坐標；

(3)將經緯度坐標通過坐標變換原理轉成矢量坐標；

(4)建立姿態矩陣；

(5)通過雙差測姿模型求出姿態角。

(6)通過姿態角來監測塔吊的姿態信息。

2.根據權利要求1所述的一種基于北斗/GNSS塔吊姿態自動監測方法，其特征在于：所述步驟(2)中經緯度坐標建立的方法，具體為：

假設地理坐標系原點(0，0，0)在CGCS2000坐標系下的坐標為(1)，其經度、緯度分別為λ₀、由坐標轉換知識可得CGCS2000坐標系下基線上某點坐標(X^CGCS,Y^CGCS,Z^CGCS)轉換成所述地理坐標系下的坐標值為：

其中，經緯度可以由所述北斗/GNSS接收機直接給出。

3.根據權利要求1所述的一種基于北斗/GNSS塔吊姿態自動監測方法，其特征在于：所述步驟(3)中建立矢量坐標XL的具體步驟為：

將當地地理坐標系依次繞Zl、Xl、Yl軸轉動y、p和r角，所述地理坐標系下M點的坐標矢量XB＝(XB、YB、ZB)轉換到在所述載體坐標系中的矢量坐標XL＝(XL、YL、ZL)(2)如下：

其中，航向角y定義為載體相對于所述地理坐標系Z軸的旋轉角度，順時針方向為正，逆時針方向為負，定義域0°--360°；橫滾角r定義為載體相對于所述地理坐標系X軸的旋轉角度，右傾為正，左傾為負，定義域-180°--180°；俯仰角p定義為載體相對于所述地理坐標系Y軸相對于地理坐標系旋轉角度，向上為正，向下為負，定義域-90°--90°。

4.根據權利要求1所述的一種基于北斗/GNSS塔吊姿態自動監測方法，其特征在于：所述步驟(4)中的姿態矩陣為：

式中，R(r)yR(p)xR(y)z＝Rypr稱為姿態矩陣，分別為：

假定載體平臺坐標系原點O和參考天線相位重合，天線與載體剛性連接，y、r、p包含于姿態矩陣R中：

則基線矢量在所述載體坐標系與地理坐標系之間的轉換關系表示如下：

b^B＝R(r)_yR(p)_xR(y)_zb^L (5)

其中，bB可根據天線安裝實際自主設定，bL可由觀測方程通過最小二乘求得。

5.根據權利要求1所述的一種基于北斗/GNSS塔吊姿態自動監測方法，其特征在于：所述步驟(5)中求出姿態角具體步驟為：

兩個天線相對于衛星S1、S2的距離之差可以視為基線矢量在參考天線1指向衛星的單位矢量的投影：

式中：為由參考天線和從天線構成的基線相對位置矢量，是天線1(參考天線)指向衛星S1的單位視線矢量；

載體姿態測量中，天線可安裝的平面或空間距離有限，載波相位電磁波傳播路徑基本相似，電離層和對流層延遲對短基線天線的影響相似，通過載波相位差分可以相互抵消忽略不計，雙差測姿方程可以化簡為：

利用坐標系的轉換關系聯合姿態參數，進一步地上述式(7)可改寫為：

式中：R為地理坐標系到所述載體坐標系的姿態矩陣；為地理坐標系到地心坐標系(CCTCS)的姿態轉換矩陣。

6.根據權利要求1所述一種基于北斗/GNSS塔吊姿態自動監測方法，其特征在于：所述姿態角的求解如下：

設可觀測衛星數為M，那么每條基線可建立M-1個雙差觀測方程，以1號衛星為參考衛星，1號天線為參考天線，則觀測M顆衛星的雙差觀測方程矩陣形式如下：

假設獲得的天線1和天線2的坐標分別為然后通過平移使得參考天線1坐標平移到載體坐標原點，可得到新的坐標值(0，0，0)、則可根據下式計算出兩個姿態角：

對于三維姿態參數測量，只需引入新的天線3與參考天線1組成與基線不共線的新基線，同理可得俯仰角。