CN104833349B - 地面点坐标的测试方法 - Google Patents

地面点坐标的测试方法 Download PDF

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Abstract

一种地面点坐标的测试方法，基于包括测试杆和GPS坐标测试机的测试系统，测试杆包括与地面接触的第一端和远离地面的第二端，GPS坐标测试机安装在测试杆的第二端，包括：将测试杆倾斜第一角度α，获取GPS坐标测试机显示的第一GPS点坐标，并根据第一GPS点坐标求取机头在地面的第一投影点坐标；将测试杆倾斜第二角度β，获取GPS坐标测试机显示的第二GPS点坐标，并根据第二GPS点坐标求取机头在地面的第二投影点坐标；求取以第一投影点为圆心、L*sinα为半径的第一圆与以第二投影点为圆心、L*sinβ为半径的第二圆的公共点坐标，其中L为测试杆的长度；根据公共点坐标确定地面点坐标。本发明可以降低开发成本。

Description

地面点坐标的测试方法
技术领域
本发明涉及地面点坐标测试领域，特别是涉及一种地面点坐标的测试方法。
背景技术
在实际的应用环境中，对用来补偿的单点测试地面点坐标的电子罗盘精度要求比较高，倾角精度要求在0.1度以内，航向的绝对精度要求在2度以内。如果要做到高精度的电子罗盘，不仅要求磁传感器的校准方法既简单又精准，同时校准环境的要求也比较高。
然而，高精度的电子罗盘和较高的环境要求大大增加了开发成本。
发明内容
基于此，有必要提供一种可以降低开发成本的地面点坐标的测试方法。
一种地面点坐标的测试方法，基于包括测试杆和GPS坐标测试机的测试系统，所述测试杆包括与地面接触的第一端和远离地面的第二端，所述GPS坐标测试机安装在所述测试杆的第二端，包括：
将测试杆倾斜第一角度α，获取所述GPS坐标测试机显示的第一GPS点坐标，并根据所述第一GPS点坐标求取机头在地面的第一投影点坐标；
将测试杆倾斜第二角度β，获取所述GPS坐标测试机显示的第二GPS点坐标，并根据所述第二GPS点坐标求取机头在地面的第二投影点坐标；
求取以第一投影点为圆心、L*sinα为半径的第一圆与以第二投影点为圆心、L*sinβ为半径的第二圆的公共点坐标，其中L为所述测试杆的长度；
根据所述公共点坐标确定地面点坐标。
在其中一个实施例中，根据所述公共点坐标确定地面点坐标的步骤，包括：
判断所述公共点的个数是否为1，若是，确定所述公共点坐标为地面点坐标；若否，采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标。
在其中一个实施例中，采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标的步骤，包括：
在测试杆倾斜第一角度α时，根据所述第一GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第一地面补偿点坐标；
在测试杆倾斜第二角度β时，根据所述第二GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第二地面补偿点坐标；
将与所述第一地面补偿点和第二地面补偿点的中点最接近的公共点坐标作为地面点坐标。
在其中一个实施例中，在测试杆倾斜第一角度α时，根据所述第一GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第一地面补偿点坐标的步骤，包括：
获取GPS测试机在第一GPS点时的姿态，所述姿态包括航向角Yaw、俯仰角Pitch和横滚角Roll；
根据所述姿态获取磁传感器横坐标上的第一延伸点坐标和纵坐标上的第二延伸点坐标；
根据所述第一GPS点坐标、第一延伸点坐标以及第二延伸点坐标求取所述第一地面补偿点坐标。
在其中一个实施例中，根据所述第一GPS点坐标测试机的姿态获取磁传感器上第一延伸点坐标和第二延伸点坐标的步骤，包括：
取所述第一延伸点和所述第二延伸点到所述第一GPS点的距离均等于所述测试杆的长度L；
计算所述第一延伸点到所述第一地面补偿点的距离L1、所述第二延伸点到所述第一地面补偿点的距离L2；
根据以下公式分别计算所述第一延伸点坐标和所述第二延伸点坐标：
其中，(x3，y3，h3)为所述第一延伸点的坐标，(x4，y4，h4)为所述第二延伸点的坐标，ψ为磁传感器的横坐标和纵坐标构成的平面与水平面的夹角，即
在其中一个实施例中，根据所述第一GPS点坐标、第一延伸点坐标以及第二延伸点坐标求取所述第一地面补偿点坐标的步骤具体为：
根据公式(x-x1)2+(y-y1)2+(z-h1)2＝L2
(x-x3)2+(y-y3)2+(z-h3)2＝L12
(x-x4)2+(y-y4)2+(z-h4)2＝L22
求解第一地面补偿点坐标(x，y，h)。
上述地面点坐标的测试方法通过分别将测试杆倾斜第一角度时显示的第一GPS点坐标和倾斜第二角度显示的第二GPS点坐标找到两个相交的圆，这样根据两圆的公共点坐标就可以确定地面点坐标，这里对电子罗盘和测试环境的要求不需要很苛刻，降低了开发成本。
附图说明
图1为一实施例中地面点坐标的测试方法流程图；
图2为两圆相交的示意图；
图3为一实施例中采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标的方法流程图；
图4为一实施例中计算第一地面补偿点坐标的方法流程图；
图5为一实施例中地面点坐标的测试方法几何示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
请参照图1，为一实施例中地面点坐标的测试方法流程图。该地面点坐标的测试方法基于包括测试杆和GPS坐标测试机的测试系统，所述测试杆包括与地面接触的第一端和远离地面的第二端，所述GPS坐标测试机安装在所述测试杆的第二端，该地面点坐标的测试方法包括：
步骤S110：将测试杆倾斜第一角度α，获取所述GPS坐标测试机显示的第一GPS点坐标，并根据所述第一GPS点坐标求取机头在地面的第一投影点坐标。
已知所述测试杆的长度为L，所述第一角度为α，GPS坐标测试机显示的第一GPS点坐标为(x1，y1，h1)，则所述第一投影点坐标为(x1，y1，h1-L*cosα)。
步骤S120：将测试杆倾斜第二角度β，获取所述GPS坐标测试机显示的第二GPS点坐标，并根据所述第二GPS点坐标求取机头在地面的第二投影点坐标。
已知所述测试杆的长度为L，所述第二角度为β，GPS坐标测试机显示的第二GPS点坐标为(x2，y2，h2)，则所述第二投影点坐标为(x2，y2，h2-L*cosβ)。
步骤S130：求取以第一投影点为圆心、L*sinα为半径的第一圆与以第二投影点为圆心、L*sinβ的第二圆的公共点坐标。
因为在执行步骤S110时，测试的地面点在以第一投影点为圆心、L*sinα为半径的第一圆上，在执行步骤S120时，测试的地面点在以第二投影点为圆心、L*sinβ的第二圆上，所以测试的地面点既在第一圆上又在第二圆上，即测试的地面点在第一圆和第二圆的公共点上。
步骤S140：根据所述公共点坐标确定地面点坐标。
在本实施例中，步骤S140包括：判断所述公共点的个数是否为1，若是，确定所述公共点坐标为地面点坐标；若否，采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标。
两圆具有公共点的情况有三种：相交、外切和内切，具体如图2所示。两圆不管是外切还是内切，其公共点的个数都为1，这样我们就可以确定公共点即为地面点。如果两圆为相交的情况，那么公共点的个数就有两个了，需要采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标。
具体地，请结合图3，为一实施例中采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标的方法流程图。
采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标的步骤包括：
步骤S310：在测试杆倾斜第一角度α时，根据所述第一GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第一地面补偿点坐标。
请结合图4，步骤S310包括：
步骤S312：获取GPS测试机在第一GPS点时的姿态，所述姿态包括航向角Yaw、俯仰角Pitch和横滚角Roll。
地理坐标系：原点在载体的质心，N轴指北，E轴指东，D轴沿地垂线指向地，这个坐标系也称之为北东地坐标系。地理坐标系可以有不同的选取方法，例如“东、北、天”，三者按顺序构成右手直角坐标系。
载体坐标系：机体坐标系和载体固连，坐标原点在载体的质心，x轴沿载体的纵轴方向，y轴指向载体的右侧，z轴垂直于x轴、y轴构成右手直角坐标系。载体坐标系相对于地理坐标系的方位即为载体的姿态。
GPS坐标测试机作为载体在空间的姿态可以用载体坐标系相对于地理坐标系的运动来表示，运动角度称为载体的姿态角。导航学中常用航向角Yaw、俯仰角Pitch和横滚角Roll作为载体的姿态角。载体的y轴和当地水平面之间的夹角就是横滚角，载体x轴和当地水平面之间的夹角就是俯仰角，载体x轴在水平面上的投影与地理子午线之间的夹角就是航向角
步骤S314：根据所述姿态获取磁传感器横坐标上的第一延伸点坐标和纵坐标上的第二延伸点坐标。
具体地如图5所示，为一实施例中地面点坐标的测试方法几何示意图。图中有第一GPS点501、磁传感器横坐标502、磁传感器纵坐标503、测试杆504、第一地面补偿点505。
首先分别在磁传感器横坐标502和磁传感器纵坐标503上取所述第一延伸点和所述第二延伸点到所述第一GPS点的距离均等于测试杆504的长度L，然后计算所述第一延伸点到第一地面补偿点505的距离L1、所述第二延伸点到第一地面补偿点505的距离L2，根据勾股定理可知：
最后根据以下公式分别计算所述第一延伸点坐标和所述第二延伸点坐标：
其中，(x3，y3，h3)为所述第一延伸点的坐标，(x4，y4，h4)为所述第二延伸点的坐标，ψ为磁传感器的横坐标501和纵坐标502构成的平面与水平面的夹角，即
步骤S316：根据所述第一GPS点坐标、第一延伸点坐标以及第二延伸点坐标求取所述第一地面补偿点坐标。
具体地，根据公式(x-x1)2+(y-y1)2+(z-h1)2＝L2、(x-x3)2+(y-y3)2+(z-h3)2＝L12、
(x-x4)2+(y-y4)2+(z-h4)2＝L22
求解第一地面补偿点坐标A(x，y，h)。
步骤S320：在测试杆倾斜第二角度β时，根据所述第二GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第二地面补偿点坐标。
采用上述求取第一地面补偿点坐标相同的方法求解第二地面补偿点坐标B(x’，y’，h’)。
步骤S330：将与所述第一地面补偿点和第二地面补偿点的中点最接近的公共点坐标作为地面点坐标。
设所述第一地面补偿点和第二地面补偿点的中点为C，将第一圆和第二圆的两个公共点中，最接近所述中点C的公共点坐标作为地面点坐标。
上述地面点坐标的测试方法通过分别将测试杆倾斜第一角度时显示的第一GPS点坐标和倾斜第二角度显示的第二GPS点坐标找到两个相交的圆，这样根据两圆的公共点坐标就可以确定地面点坐标，这里对电子罗盘和测试环境的要求不需要很苛刻，降低了开发成本。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种地面点坐标的测试方法，基于包括测试杆和GPS坐标测试机的测试系统，所述测试杆包括与地面接触的第一端和远离地面的第二端，所述GPS坐标测试机安装在所述测试杆的第二端，其特征在于，包括：
将测试杆倾斜第一角度α，获取所述GPS坐标测试机显示的第一GPS点坐标，并根据所述第一GPS点坐标求取机头在地面的第一投影点坐标；
将测试杆倾斜第二角度β，获取所述GPS坐标测试机显示的第二GPS点坐标，并根据所述第二GPS点坐标求取机头在地面的第二投影点坐标；
求取以第一投影点为圆心、L*sinα为半径的第一圆与以第二投影点为圆心、L*sinβ为半径的第二圆的公共点坐标，其中L为所述测试杆的长度；
根据所述公共点坐标确定地面点坐标；
其中，根据所述公共点坐标确定地面点坐标的步骤，包括：
判断所述公共点的个数是否为1，若是，确定所述公共点坐标为地面点坐标；若否，采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标；
其中，采用姿态补偿法确定其中一个公共点坐标为地面点坐标的步骤，包括：
在测试杆倾斜第一角度α时，根据所述第一GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第一地面补偿点坐标；
在测试杆倾斜第二角度β时，根据所述第二GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第二地面补偿点坐标；
将与所述第一地面补偿点和第二地面补偿点的中点最接近的公共点坐标作为地面点坐标。
2.根据权利要求1所述的地面点坐标的测试方法，其特征在于，在测试杆倾斜第一角度α时，根据所述第一GPS点坐标和所述GPS测试机在该点的姿态补偿计算出第一地面补偿点坐标的步骤，包括：
获取GPS测试机在第一GPS点时的姿态，所述姿态包括航向角Yaw、俯仰角Pitch和横滚角Roll；
根据所述姿态获取磁传感器横坐标上的第一延伸点坐标和纵坐标上的第二延伸点坐标；
根据所述第一GPS点坐标、第一延伸点坐标以及第二延伸点坐标求取所述第一地面补偿点坐标。
3.根据权利要求2所述的地面点坐标的测试方法，其特征在于，根据所述第一GPS点坐标测试机的姿态获取磁传感器上第一延伸点坐标和第二延伸点坐标的步骤，包括：
取所述第一延伸点和所述第二延伸点到所述第一GPS点的距离均等于所述测试杆的长度L；
计算所述第一延伸点到所述第一地面补偿点的距离L1、所述第二延伸点到所述第一地面补偿点的距离L2；
根据以下公式分别计算所述第一延伸点坐标和所述第二延伸点坐标：
<mrow> <mi>h</mi> <mn>3</mn> <mo>=</mo> <mi>h</mi> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mn>1</mn> <mo>*</mo> <mi>sin</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>R</mi> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>l</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <msqrt> <mn>2</mn> </msqrt> <mo>;</mo> </mrow>
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其中，(x3，y3，h3)为所述第一延伸点的坐标，(x4，y4，h4)为所述第二延伸点的坐标，ψ为磁传感器的横坐标和纵坐标构成的平面与水平面的夹角，即
4.根据权利要求3所述的地面点坐标的测试方法，其特征在于，根据所述第一GPS点坐标、第一延伸点坐标以及第二延伸点坐标求取所述第一地面补偿点坐标的步骤具体为：
根据公式(x-x1)2+(y-y1)2+(z-h1)2＝L2
(x-x3)2+(y-y3)2+(z-h3)2＝L12
(x-x4)2+(y-y4)2+(z-h4)2＝L22
求解第一地面补偿点坐标(x，y，h)。
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