[發(fā)明專利]基于高精度虛擬標準器的多站轉(zhuǎn)換精度提高方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010882351.5 | 申請日： | 2020-08-28 |
| 公開（公告）號： | CN112050733B | 公開（公告）日： | 2021-08-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張洋;逯永康;李俊卿;劉巍;程習康;譚子亮;司立坤 | 申請（專利權(quán)）人： | 大連理工大學 |
| 主分類號： | G01B11/00 | 分類號： | G01B11/00 |
| 代理公司： | 大連理工大學專利中心 21200 | 代理人： | 關(guān)慧貞 |
| 地址： | 116024 遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 高精度 虛擬 標準 轉(zhuǎn)換 精度 提高 方法 | ||
1.一種基于高精度虛擬標準器的多站轉(zhuǎn)換精度提高方法，其特征是，該方法首先利用激光跟蹤儀在兩個站位分別采集公共點坐標；再通過多站位激光追蹤儀與公共點構(gòu)建大尺寸虛擬標準器，并利用大尺寸虛擬標準器內(nèi)的高精幾何長度作為約束，對站位之間的公共點進行誤差修正；最后，基于典型的坐標系轉(zhuǎn)換方法，完成多站坐標系之間的坐標轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了大尺寸范圍內(nèi)激光跟蹤儀的全局高精度測量；方法的具體步驟如下：
第一步，激光跟蹤儀多站位測量
首先，將兩個激光跟蹤儀依次放置在1、2號激光跟蹤儀站位LT1、LT2上；然后，分別觀測位于視場范圍內(nèi)的測量點和公共點；設(shè)(x,y,z)為所有測量點坐標；α,β,l分別為激光跟蹤儀的水平測角、垂直測角和測量長度，有：
將1號激光跟蹤儀站位LT1所采集的測量點和公共點分別定義為PM和PC，將2號激光跟蹤儀站位LT2所采集的測量點和公共點分別定義為QM和QC，則：
式中，下標m1和m2分別為1、2號激光跟蹤儀站位LT1、LT2所采集的測量點數(shù)量；c為公共點的數(shù)量；
第二步，基于多邊測量法構(gòu)建大型虛擬標準器；
移走激光跟蹤儀，將4個激光追蹤儀依次放置在1、2、3、4號激光追蹤儀站位S1、S2、S3、S4上，通過多站位激光追蹤儀與公共點構(gòu)建大尺寸虛擬標準器；然后，對h，h≥6個標定點進行測量，每個激光追蹤儀站位將獲取h個高精測量距離；設(shè)定標定點坐標為(x1,y1,z1；x2,y2,z2；……；xh,yh,zh)，4個激光追蹤儀站位坐標依次為(X1,Y1,Z1；X2,Y2,Z2；X3,Y3,Z3；X4,Y4,Z4)；為了使坐標系在空間中固定不動，設(shè)1、2、3、4號激光追蹤儀站位S1～S4坐標分別為(0,0,0)、(X2,0,0)、(X3,Y3,0)、(X4,Y4,Z4)；基于多邊測長原理，測完h個標定點，完成4個激光追蹤儀站位標定；
其中，(xh,yh,zh)為標定點三維坐標，(Xi,Yi,Zi)為激光追蹤儀站位三維坐標，l11～l4h為4個激光追蹤儀與標定點的距離；
通過Levenberg-Marquardt非線性優(yōu)化方法，迭代求解公式(3)中的激光追蹤儀站位坐標(X2,X3,Y3,X4,Y4,Z4)，完成激光追蹤儀站位的標定；
利用公式(3)的標定結(jié)果，對所有公共點進行現(xiàn)場標定測量，若每個激光追蹤儀均可實現(xiàn)公共點的全覆蓋測量，則每個公共點將對應(yīng)4個測量距離，即激光追蹤儀與公共點之間的距離，公共點三維坐標計算公式為：
其中，(xu,yu,zu)為虛擬標準器公共點的三維坐標，l1～l4為虛擬標準器公共點與激光追蹤儀站位間的距離；
將公式(4)簡化為公式(5)，以求解每個虛擬標準器公共點在標定坐標系下的三維坐標；
基于上述虛擬標準器公共點的三維坐標，計算公共點之間的距離：
其中，duv為公共點間的長度，u,v為公共點標號，且u≠v；
第三步，空間公共點坐標測量誤差修正；
通過公式(1)、(2)獲得1號激光跟蹤儀站位LT1坐標系O-XPYPZP下公共點三維坐標集PC，2號激光跟蹤儀站位LT2坐標系O-XQYQZQ下公共點三維坐標集QC；對兩個激光跟蹤儀站位坐標系下的公共點坐標進行修正，目標函數(shù)為：
其中，c為激光跟蹤儀站位間的公共點總數(shù)，u,v為虛擬標準器公共點標號，且u≠v；
以兩個激光跟蹤儀站位坐標系下，公共點的原始測量坐標為非線性優(yōu)化的初始值，待優(yōu)化參量為：(x1,y1,z1；x2,y2,z2；…；xu,yu,zu；…；xc,yc,zc)，通過Levenberg-Marquardt非線性優(yōu)化方法，對上述待優(yōu)化參量進行優(yōu)化，分別得到兩個激光跟蹤儀站位坐標系下公共點坐標的優(yōu)化點集PC+和QC+，完成基于虛擬標準器長度約束的坐標優(yōu)化，修正了原始測量誤差；
第四步，基于公共點修正的多坐標系轉(zhuǎn)換；
兩個激光跟蹤儀站位坐標系之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通過修正后的公共點坐標的優(yōu)化點集PC+和QC+完成，其坐標轉(zhuǎn)換目標函數(shù)為：
式中，是旋轉(zhuǎn)矩陣，是平移矩陣；
然后，求解每個公共點的坐標系轉(zhuǎn)換誤差eu：
因此，總體坐標轉(zhuǎn)換誤差E為：
通過以上步驟，實現(xiàn)了大尺寸范圍內(nèi)激光跟蹤儀的全局高精測量。
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