[發明專利]一種基于距離交匯的艙體位姿動態測量方法及系統

有效

• 申請號: 201911420934.X
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111076720B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 姜鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01S19/45;G01S19/47
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識產權代理有限公司 11810
• 代理人: 楊樂

本發明公開了一種基于距離交匯的艙體位姿動態測量方法及其系統，該方法包括：A、利用艙體位姿測量模塊測量高精度的艙體姿態信息的步驟；B、接收所述的艙體姿態信息，利用測距信息時間同步模塊，并根據全站儀的測距信息預測當前時刻的距離信息，使三個全站儀測距信息達到時鐘同步和時延消除；C、進行艙體距離交匯位置解算的步驟。采用本發明，通過結合慣性測量艙體姿態與全站儀測量儀器到艙體三個測量點的距離即可得到艙體的位姿數據，從而解決大尺度野外環境下艙體高精度位姿測量問題。

技術領域

本發明涉及大尺度野外環境下艙體高精度位姿測量技術，尤其涉及一種基于距離交匯的艙體位姿動態測量方法及系統。

背景技術

大尺度高精度測量是艙體控制精度的重要保證。艙體測量可以分為位置測量和姿態測量兩部分，得到艙體穩定可靠的位姿信息是艙體運動學控制精度的基本要求。

現有的艙體位姿測量技術，主要利用激光全站儀、慣性設備等測量方法來實現。利用激光全站儀測量法，主要是通過測量艙體上不在同一直線上的三個點，再通過解算，得到艙體位姿信息。但是激光全站儀的軸系校準參數，會隨著環境發生變化導致測點精度變差，因而影響位姿測量精度，此外由于全站儀測量頻率較低，無法做到時間同步。而利用慣性設備測量法，短期測量相對精度高，但卻存在零點漂移等的問題，又無法保證長時間測量的精度。

因此，亟待研究一種高精度的艙體位姿動態測量技術。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于距離交匯的艙體位姿動態測量方法及系統，克服全站儀測角精度隨環境變化測量精度降低的缺點，通過結合慣性測量艙體姿態與全站儀測量儀器到艙體三個測量點的距離即可得到艙體的位姿數據，從而解決大尺度野外環境下艙體高精度位姿測量問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于距離交匯的艙體位姿動態測量方法，包括如下步驟：

A、利用艙體位姿測量模塊測量艙體姿態信息的步驟；

B、接收所述的艙體姿態信息，利用測距信息時間同步模塊，并根據全站儀的測距信息預測當前時刻的距離信息，使三個全站儀測距信息達到時鐘同步和時延消除；

C、進行艙體距離交匯位置解算的步驟。

其中：步驟A所述利用艙體位姿測量模塊測量艙體姿態信息的過程，具體為：通過全球導航衛星系統GNSS與慣性設備IMU融合，綜合利用GNSS與IMU，測量艙體的姿態信息，即艙體坐標系相對全局坐標系的三個歐拉角。

步驟B具體為：利用GNSS和IMU融合信息中攜帶的高精度時鐘信號、艙體運動速度及位置信息，根據全站儀的測距信息預測當前時刻的距離信息，從而實現三個全站儀測距信息的時鐘同步和時延消除。

步驟C所述進行艙體距離交匯位置解算的步驟，具體為：通過位置解算模塊，對艙體位姿信息的六個未知量，即x、y、z三個位置和α、β、γ三個姿態角度，對艙體位置進行解算；其中，所述的三個姿態角度通過GNSS和IMU融合精確測量得到，所述三個位置信息通過三個距離已知量解算得到。

所述進行艙體距離交匯位置解算的步驟，具體包括求的艙體位置P0的過程：

其中：R(α,β,γ)為艙體姿態，P1、P2、…、P6分別為6個全站儀的坐標；B1、B2、…、B6分別為反射棱鏡在艙體坐標系下的坐標位置；d1、d2、…、d6分別為全站儀測距信息；P0為要解算的艙體位置。

一種基于距離交匯的艙體位姿動態測量系統，包括順次連接的艙體位姿測量模塊、測距信息時間同步模塊和位置解算模塊；其中：