CN107144273A - 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法 - Google Patents

基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107144273A
CN107144273A CN201710419021.0A CN201710419021A CN107144273A CN 107144273 A CN107144273 A CN 107144273A CN 201710419021 A CN201710419021 A CN 201710419021A CN 107144273 A CN107144273 A CN 107144273A
Authority
CN
China
Prior art keywords
msub
mrow
mtd
mtr
cell site
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710419021.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107144273B (zh
Inventor
林嘉睿
邾继贵
任永杰
杨凌辉
郭思阳
齐峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710419021.0A priority Critical patent/CN107144273B/zh
Publication of CN107144273A publication Critical patent/CN107144273A/zh
Priority to PCT/CN2017/118162 priority patent/WO2018223666A1/zh
Priority to US16/073,793 priority patent/US11112270B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN107144273B publication Critical patent/CN107144273B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G01C21/206—Instruments for performing navigational calculations specially adapted for indoor navigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02—Details
    • G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means
    • G01C2009/066—Electric or photoelectric indication or reading means optical
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02—Details
    • G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/70—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S1/703—Details
    • G01S1/7032—Transmitters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，包括以下步骤：步骤一：根据发射站内部机械结构，设置嵌入有倾角传感器的发射站；步骤二：基于自动安平水准仪与导轨机构，搭建水平基准坐标系；步骤三：结合倾角传感器测量模型与发射站旋转测量模型，辅以水平基准坐标系，标定倾角传感坐标系与发射站测量坐标系相互位姿关系；步骤四：通过倾角传感器的输出，结合姿态补偿算法，实时更新发射站姿态。本发明方法旨在实时自动补偿测量基站的定向参数，增加系统的稳定性，可以以通过倾角传感器自身姿态的改变量，实时补偿发射基站的姿态变化，增强测量系统的稳定性，适应恶劣的测量环境。

Description

基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法
技术领域
本发明涉及大尺度空间三维坐标测量方法，具体的说，是涉及一种基于光电扫描室内空间测量基站的姿态的自动补偿技术。
背景技术
室内测量定位系统，是基于多站空间约束的新型大尺度空间坐标测量系统，因其具有精确度高、量程广、多任务同时测量等优点，被广泛应用于大尺寸部件生产中的精密测量和定位。室内测量定位系统是多站式高精度测量系统，借鉴全球定位系统的概念，多个发射站有规则地布置在测量空间内，通过定向建立大范围高精度测量网络。在整体测量网络中，发射站的定向参数对整体系统的测量精度有很大的影响，准确稳定的定向参数是高精度测量的基本前提。然而，随着应用环境越来越复杂，测量空间内的发射站不可避免地被外部振动或者长期结构蠕动所影响，导致定向参数失准。目前较有效的方式是周期性的系统重新校正标定，但是重复性的标定(包括基准尺标定和坐标控制场标定)必然导致大量重复性人工操作，十分低效。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，此方法旨在实时自动补偿测量基站的定向参数，增加系统的稳定性，可以以通过倾角传感器自身姿态的改变量，实时补偿发射基站的姿态变化，增强测量系统的稳定性，适应恶劣的测量环境。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，包括以下步骤：
步骤一：根据发射站内部机械结构，设置嵌入有倾角传感器的发射站；
步骤二：基于自动安平水准仪与导轨机构，搭建水平基准坐标系；
步骤三：结合倾角传感器测量模型与发射站旋转测量模型，辅以水平基准坐标系，标定倾角传感坐标系与发射站测量坐标系相互位姿关系；
步骤四：通过倾角传感器的输出，结合姿态补偿算法，实时更新发射站姿态。
步骤二中建立水平基准坐标系的步骤如下：
步骤2-1：布置自动安平水准仪，根据水准泡将其调平；
步骤2-2：设置球形接收器和与其配套的承载球座；
步骤2-3：布置可升降的所述导轨机构，导轨机构上固定所述承载球座，承载球座上放置替代所述球形接收器的激光跟踪仪的反射靶球，调节导轨机构使反射靶球的球心处于水准器目镜十字叉丝交点处，即完成了等高控制点的布置；所述反射靶球为1.5英寸；
步骤2-4：通过激光跟踪仪测量等高控制点及其他控制点，以等高控制点为xoy平面建立水平基准坐标系Oh-xhyhzh。
步骤三标定倾角传感坐标系与发射站测量坐标系相互位姿关系的步骤如下：
步骤3-1：结合发射站测量范围，在水平基准坐标系前布置发射站，发射站测量水平基准坐标系的所有点；
步骤3-2：定义发射站坐标系Ot-xtytzt，根据发射站测量模型，计算出发射站坐标系与水平基准坐标系Oh-xhyhzh的旋转矩阵，其中两个坐标系满足以下关系：
其中(am,bm,cm,dm)m＝1,2是发射站的光平面方程,m是光平面方程序号，θ是发射站扫描角，(xh,yh,zh)为水平基准坐标系下坐标；分别是发射站到水平基准坐标系的旋转矩阵与平移矩阵；
步骤3-3：通过空间后方交会测量方法，计算得到发射站到水平基准坐标系的旋转矩阵
步骤3-4：建立倾角传感器测量模型，定义倾角传感器坐标系为Oi-xiyizi；
步骤3-5：根据倾角传感器测量模型，将倾角传感器读数转化为绕相应轴的旋转角：
其中a和β是倾角传感器输出读数，θi和γi为倾角传感器绕自身x,y轴的旋转角；
则水平基准坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为：
其中γi为旋转矩阵中绕z轴旋转角；
步骤3-6：定义发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为并将旋转矩阵参数化
其中r1…r9为已知参数，ri1…ri9为待求参数；
步骤3-7：根据坐标系刚性变换关系，可以得到：
数学处理后即为：
步骤3-8：调整测量基站至少三个姿态，结合旋转矩阵正交约束条件，构建非线性最优化目标方程，迭代优化求解；
步骤四实时更新发射站姿态的步骤如下：
步骤4-1：实时获取倾角传感器读数，计算水平基准坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵；
步骤4-2：基于已标定的发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵，计算发射基站姿态更新矩阵，实时补偿更新发射站姿态，得到姿态补偿算法如下：
其中(CT)new,(CT)old分别为发射站最新姿态与发射站初始姿态，分别为倾角传感器最新输出矩阵与初始输出矩阵。
自动安平水准仪的安平精度≤0.3″，每公里往返测量的标准偏差≤±1mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明根据倾角传感器的高精度测角原理，不断获取倾角传感器姿态变化，结合倾角传感坐标系与发射站坐标系的姿态关系，实时更新发射站的自身姿态。此方法解决了在恶劣环境下测量基站姿态因抖动变化而无法实时补偿的问题，有效避免了重复性大范围重新定向，增强了系统鲁棒性。
附图说明
图1是倾角传感器嵌入的发射站透视剖面示意图。
图2是水平基准坐标系的建立方式示意图。
图3是倾角传感器测量模型示意图。
图4是发射站测量模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
该发明将高精度双轴倾角传感器嵌入到室内测量定位系统测量基站中，提供一种实时补偿基站姿态变化的方法，通过后方交会方法实现发射站坐标系与倾角传感坐标系的标定，根据倾角传感器变化值，实时补偿测量基站姿态，增强系统在恶劣环境下的鲁棒性。
步骤一、参见图1，根据发射站内部机械结构，结合倾角传感器特性，将倾角传感器嵌入到发射站中；
步骤二、参见图2，空间中固定自动安平水准仪，通过水准泡将其调平；本实施例中自动安平水准仪选择苏州一光仪器有限公司生产的DSZ2，其安平精度≤0.3″，每公里往返测量的标准偏差≤±1mm。
设计1.5英寸球形接收器与配套的承载球座，其中1.5英寸球形接收器与激光跟踪仪的反射靶球尺寸一致，保证两接收球互换后球心处于同一点；空间中布置可升降导轨，球座固定导轨之上，球座上放置激光跟踪仪的反射靶球，其中靶球的球心可视，调节导轨使激光跟踪仪的反射靶球的球心处于水准器目镜十字叉丝交点处，即完成了等高控制点的布置；
使用激光跟踪仪测量等高控制点以及空间中其他控制点，以等高控制点为xoy平面建立水平基准坐标系Oh-xhyhzh；
结合发射站测量范围和发射站测量模型(见图4)，在水平基准坐标系前布置发射站，将球形接收器分别放到水平基准坐标系各个点上，接收发射站的扫描光平面信号以及同步标记光信号，通过后方交会方法得到发射站坐标系到水平基准坐标系的旋转关系
步骤三、参见图3，定义倾角传感器坐标系为Oi-xiyizi，得到倾角传感器两轴读数，根据倾角传感器测量模型将倾角传感器读数转化为绕相应轴的旋转角：
其中a和β是倾角传感器输出读数，θi和γi为倾角传感器绕自身x,y轴的旋转角；
通过以上关系，计算水平基准坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为：
其中γi为旋转矩阵中绕z轴旋转角；
定义发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为并将旋转矩阵参数化如下
其中r1…r9为已知参数，ri1…ri9为待求参数
根据发射站坐标系、水平基准坐标系和倾角传感器坐标系三者旋转关系，可以得到：
通过上式联立方程组：
调整测量基站至少三个姿态，通过线性方程求解最小二乘解，计算得到ri1…ri9，即发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵；
结合旋转矩阵约束条件，构建非线性最优化目标方程，通过迭代算法进行优化求解最终发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵精确解；
其中
步骤四、实时获取倾角传感器读数，基于已标定的发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵，计算发射站姿态更新矩阵，实时补偿发射站姿态，得到姿态补偿算法如下：
综上所述，本发明实现了基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，通过倾角传感器的高精度姿态感知，进行发射站姿态补偿更新，有效避免了在复杂恶劣环境下由于振动或者蠕动导致的测量基站姿态改变，大大提高整体测量场的稳定性，符合如今的高精度、大范围的测量要求，提高了工作空间测量系统的适用性。
其中，本发明技术方案中涉及的倾角传感器测量模型可参考文献:“文香稳.盾构姿态测量中的倾角仪误差补偿研究[D].华中科技大学,2011.”；
发射站测量模型可参考文献：“杨凌辉.基于光电扫描的大尺度空间坐标测量定位技术研究[D].天津大学,2010”；
空间后方交会测量方法可参考文献：“刘哲旭.面向大型复杂现场的测量定位方法研究[D].天津大学,2014”。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据发射站内部机械结构，设置嵌入有倾角传感器的发射站；
步骤二：基于自动安平水准仪与导轨机构，搭建水平基准坐标系；
步骤三：结合倾角传感器测量模型与发射站旋转测量模型，辅以水平基准坐标系，标定倾角传感坐标系与发射站测量坐标系相互位姿关系；
步骤四：通过倾角传感器的输出，结合姿态补偿算法，实时更新发射站姿态。
2.根据权利要求1所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，步骤二中建立水平基准坐标系的步骤如下：
步骤2-1：布置自动安平水准仪，根据水准泡将其调平；
步骤2-2：设置球形接收器和与其配套的承载球座；
步骤2-3：布置可升降的所述导轨机构，导轨机构上固定所述承载球座，承载球座上放置替代所述球形接收器的激光跟踪仪的反射靶球，调节导轨机构使反射靶球的球心处于水准器目镜十字叉丝交点处，即完成了等高控制点的布置；
步骤2-4：通过激光跟踪仪测量等高控制点及其他控制点，以等高控制点为xoy平面建立水平基准坐标系Oh-xhyhzh。
3.根据权利要求2所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，所述反射靶球为1.5英寸。
4.根据权利要求1所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，步骤三标定倾角传感坐标系与发射站测量坐标系相互位姿关系的步骤如下：
步骤3-1：结合发射站测量范围，在水平基准坐标系前布置发射站，发射站测量水平基准坐标系的所有点；
步骤3-2：定义发射站坐标系Ot-xtytzt，根据发射站测量模型，计算出发射站坐标系与水平基准坐标系Oh-xhyhzh的旋转矩阵，其中两个坐标系满足以下关系：
<mrow> <msup> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>a</mi> <mi>m</mi> </msub> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>m</mi> </msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>m</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>sin&amp;theta;</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>b</mi> <mi>m</mi> </msub> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mi>m</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>c</mi> <mi>m</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>d</mi> <mi>m</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>T</mi> <mi>H</mi> </msubsup> </mtd> <mtd> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>T</mi> <mi>H</mi> </msubsup> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>h</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>y</mi> <mi>h</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>z</mi> <mi>h</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow>
其中(am,bm,cm,dm)m＝1,2是发射站的光平面方程,m是光平面方程序号，θ是发射站扫描角，(xh,yh,zh)为水平基准坐标系下坐标；分别是发射站到水平基准坐标系的旋转矩阵与平移矩阵；
步骤3-3：通过空间后方交会测量方法，计算得到发射站到水平基准坐标系的旋转矩阵
步骤3-4：建立倾角传感器测量模型，定义倾角传感器坐标系为Oi-xiyizi；
步骤3-5：根据倾角传感器测量模型，将倾角传感器读数转化为绕相应轴的旋转角：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>a</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>arcsin</mi> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </mrow> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>a</mi> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> 1
其中a和β是倾角传感器输出读数，θi和γi为倾角传感器绕自身x,y轴的旋转角；
则水平基准坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为：
<mrow> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>H</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>sin&amp;gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>sin&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;psi;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>sin&amp;psi;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>sin&amp;psi;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>cos&amp;psi;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
其中γi为旋转矩阵中绕z轴旋转角；
步骤3-6：定义发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为并将旋转矩阵参数化
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>H</mi> <mi>T</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>T</mi> <mi>H</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>3</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>4</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>5</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>6</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>7</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>8</mn> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mn>9</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>T</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>4</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>5</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>6</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>7</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>8</mn> </mrow> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>9</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
其中r1…r9为已知参数，ri1…ri9为待求参数；
步骤3-7：根据坐标系刚性变换关系，可以得到：
数学处理后即为：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>9</mn> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>4</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>5</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>6</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>9</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>sin&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>7</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>8</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>6</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>r</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mn>9</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mn>9</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>cos&amp;gamma;</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
步骤3-8：调整测量基站至少三个姿态，结合旋转矩阵正交约束条件，构建非线性最优化目标方程，迭代优化求解；
<mrow> <mi>E</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>M</mi> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>6</mn> </munderover> <msup> <msub> <mi>f</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>.</mo> </mrow>
5.根据权利要求1所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，步骤四实时更新发射站姿态的步骤如下：
步骤4-1：实时获取倾角传感器读数，计算水平基准坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵；
步骤4-2：基于已标定的发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵，计算发射基站姿态更新矩阵，实时补偿更新发射站姿态，得到姿态补偿算法如下：
<mrow> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>T</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>H</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>H</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>T</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>o</mi> <mi>l</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mrow>
其中(CT)new,(CT)old分别为发射站最新姿态与发射站初始姿态，分别为倾角传感器最新输出矩阵与初始输出矩阵。
6.根据权利要求1所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，所述自动安平水准仪的安平精度≤0.3″，每公里往返测量的标准偏差≤±1mm。
CN201710419021.0A 2017-06-06 2017-06-06 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法 Active CN107144273B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710419021.0A CN107144273B (zh) 2017-06-06 2017-06-06 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法
PCT/CN2017/118162 WO2018223666A1 (zh) 2017-06-06 2017-12-25 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法
US16/073,793 US11112270B2 (en) 2017-06-06 2017-12-25 Attitude self-compensation method to the transmitters of wMPS based on inclinometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710419021.0A CN107144273B (zh) 2017-06-06 2017-06-06 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107144273A true CN107144273A (zh) 2017-09-08
CN107144273B CN107144273B (zh) 2018-05-22

Family

ID=59779496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710419021.0A Active CN107144273B (zh) 2017-06-06 2017-06-06 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11112270B2 (zh)
CN (1) CN107144273B (zh)
WO (1) WO2018223666A1 (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108168517A (zh) * 2018-02-02 2018-06-15 博立信（洛阳）科技有限公司 一种建筑物倾角自动测量方法及系统
WO2018223666A1 (zh) * 2017-06-06 2018-12-13 天津大学 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法
CN109099936A (zh) * 2018-08-31 2018-12-28 江苏大学 一种三维空间下传感器模块安装误差的校准方法
CN111337017A (zh) * 2020-04-20 2020-06-26 杭州微萤科技有限公司 一种aoa基站安装姿态的自动测定方法和装置
CN111498142A (zh) * 2020-05-06 2020-08-07 南京航空航天大学 一种飞机航电成品安装校准方法
CN112822632A (zh) * 2021-02-06 2021-05-18 湖南科天健光电技术有限公司 动态姿态位置补偿方法、系统、电子设备及介质
CN113686319A (zh) * 2021-08-25 2021-11-23 天津大学 分布式测量系统基站姿态补偿装置及方法
CN114252056A (zh) * 2021-12-13 2022-03-29 西安电子工程研究所 采用倾角传感器与水泡协同检测水平状态的方法
CN114879172A (zh) * 2022-05-26 2022-08-09 浙江谱麦科技有限公司 自动引导车的主动响应测量装置及控制方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112731288B (zh) * 2020-12-17 2022-02-18 天津大学 线结构激光面的非参数模型标定方法及其标定装置
CN113319299B (zh) * 2020-12-31 2021-11-23 宁波纽时达火花塞股份有限公司 一种火花塞铱金电极基座的自动加工工艺
CN113358103B (zh) * 2021-04-25 2023-06-09 西安交通大学 一种大规模R-LATs测量系统的分布式测量架构处理方法
CN113188444B (zh) * 2021-05-06 2023-01-13 上海航天测控通信研究所 激光测量系统不确定度测试实验与计算方法
CN113739761A (zh) * 2021-09-02 2021-12-03 武汉华之洋科技有限公司 一种调平方法及使用该方法的调平平台
CN114383586B (zh) * 2022-03-24 2022-06-28 深圳市昭俐测量仪器有限公司 一种可调节式距离测量装置
CN115388769B (zh) * 2022-08-17 2024-06-07 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种工装状态实时监测方法、装置、设备及介质
CN115675784B (zh) * 2022-10-28 2023-05-26 天津大学 一种基于数字化测量场的船舶总段对接系统和对接方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102425990A (zh) * 2011-09-14 2012-04-25 天津大学 工作空间测量定位系统网络状态监测方法
CN102435177A (zh) * 2011-09-14 2012-05-02 天津大学 室内测量定位系统单发射站位姿参数在线修正方法
CN105157729A (zh) * 2015-09-17 2015-12-16 天津大学 一种用于室内空间测量定位系统的调平与校准方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4596901B2 (ja) * 2004-12-10 2010-12-15 正 橋本 変位測定方式及び方法
JP2008309595A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Horiba Ltd オブジェクト認識装置及びそれに用いられるプログラム
CN103512499A (zh) * 2013-10-22 2014-01-15 天津大学 一种基于光电扫描的单站式三维坐标测量方法
CN105157687B (zh) * 2015-09-08 2017-07-28 北京控制工程研究所 一种基于wMPS的动态物体的位置姿态测量方法
CN106154232B (zh) * 2016-06-20 2018-04-24 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种连续波三坐标雷达测角姿态补偿方法
CN107144273B (zh) * 2017-06-06 2018-05-22 天津大学 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102425990A (zh) * 2011-09-14 2012-04-25 天津大学 工作空间测量定位系统网络状态监测方法
CN102435177A (zh) * 2011-09-14 2012-05-02 天津大学 室内测量定位系统单发射站位姿参数在线修正方法
CN105157729A (zh) * 2015-09-17 2015-12-16 天津大学 一种用于室内空间测量定位系统的调平与校准方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何斐彦 等: "单目视觉与倾角仪组合优化的位姿测量系统", 《光学学报》 *
陈洋 等: "视觉与倾角传感器组合相对位姿测量方法", 《光学学报》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018223666A1 (zh) * 2017-06-06 2018-12-13 天津大学 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法
CN108168517A (zh) * 2018-02-02 2018-06-15 博立信（洛阳）科技有限公司 一种建筑物倾角自动测量方法及系统
CN108168517B (zh) * 2018-02-02 2021-02-26 博立信（洛阳）科技有限公司 一种建筑物倾角自动测量方法及系统
CN109099936A (zh) * 2018-08-31 2018-12-28 江苏大学 一种三维空间下传感器模块安装误差的校准方法
CN111337017A (zh) * 2020-04-20 2020-06-26 杭州微萤科技有限公司 一种aoa基站安装姿态的自动测定方法和装置
CN111498142A (zh) * 2020-05-06 2020-08-07 南京航空航天大学 一种飞机航电成品安装校准方法
CN111498142B (zh) * 2020-05-06 2021-12-14 南京航空航天大学 一种飞机航电成品安装校准方法
CN112822632A (zh) * 2021-02-06 2021-05-18 湖南科天健光电技术有限公司 动态姿态位置补偿方法、系统、电子设备及介质
CN113686319A (zh) * 2021-08-25 2021-11-23 天津大学 分布式测量系统基站姿态补偿装置及方法
CN114252056A (zh) * 2021-12-13 2022-03-29 西安电子工程研究所 采用倾角传感器与水泡协同检测水平状态的方法
CN114252056B (zh) * 2021-12-13 2023-08-08 西安电子工程研究所 采用倾角传感器与水泡协同检测水平状态的方法
CN114879172A (zh) * 2022-05-26 2022-08-09 浙江谱麦科技有限公司 自动引导车的主动响应测量装置及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11112270B2 (en) 2021-09-07
CN107144273B (zh) 2018-05-22
WO2018223666A1 (zh) 2018-12-13
US20200378792A1 (en) 2020-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107144273B (zh) 基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法
CN108871266B (zh) 一种基于中间法三角高程方法的自动化沉降监测方法
CN107167790B (zh) 一种基于标定场的激光雷达两步标定方法
CN104315983B (zh) 利用空间多长度约束增强坐标测量场精度的方法
CN102251476B (zh) 钢管格构墩现场安装测量控制方法
CN104215258A (zh) 一种车载经纬仪测角精度测试方法及系统
CN101539397B (zh) 物体三维姿态的精密光学测量方法
CN106989699A (zh) 激光对中仪校准设备及通过其测量激光对中仪的示值误差的方法
CN102607516B (zh) 测量核电工程中的基准的高程的方法
CN101413785B (zh) 基于双旋转激光平面发射机网络的定位系统误差补偿方法
CN109459000A (zh) 钢锚梁姿态测量装置及其测量、纠偏方法
CN105547269A (zh) 一种多功能三维激光扫描标靶
CN103499340A (zh) 一种实现大高差高程竖直传递的测量装置及测量方法
CN107543494A (zh) 立体标定装置及使用其测量坐标系转换的方法
CN106772915A (zh) 一种卫星基准棱镜的安装方法
CN103115610A (zh) 适用于复合水准仪的水准测量方法
CN110516350A (zh) 一种基于各向异性加权的ers点误差修正方法
CN108168504A (zh) 一种基于拟合球心法的天线旋转中心标校方法
CN108226982A (zh) 单线阵卫星激光联合高精度定位处理方法
CN105157729A (zh) 一种用于室内空间测量定位系统的调平与校准方法
CN106289165A (zh) 一种基座不调平倾斜角自主补偿方法及系统
CN105806221A (zh) 一种激光投影标定装置和标定方法
CN114152239A (zh) 一种表层沉降的测量方法及其观测装置
CN104713534A (zh) 子模块拼装三维定位安装方法
CN107255473A (zh) 一种建立动态基准平面的测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant