CN110388940B - 一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零的方法，该方法提出了通过手机电子地图结合典型地标对光电转台与惯导进行方位标校的具体步骤及操作方法，无需使用GPS提前标定标志点，也不需要制作及竖立靶标。标校后的光电转台零位与惯导零位基本重合，精度优于0.5密位，可以保证产品的定向精度。本发明所涉及的标校方法适用于光电转台安装基面与惯导上部平面平行贴合安装的车载光电侦察系统。

Description

一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法
技术领域
本发明属于车载光电定位定向技术领域，具体为一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，用于与惯导平行贴合安装的光电转台的方位标校。
背景技术
光电转台的主要功能是完成对目标的搜索、观察、测量和跟踪，是获取战场实时信息的重要手段，具有时效性强、机动灵活等特点。陆上载具中使用的光电转台通常与惯导平行贴合安装，其成熟的结构设计及工艺处理可以保证装配完成后光电转台与惯导贴合面的平行度要求。
但由于光电转台给出的仅是一个相对的角度值，需要结合惯导北向角才能确定目标北向，这就需要将光电转台与惯导的方位轴进行绑定，即将光电转台方位零位与惯导方位轴绑定到二者贴合面的同一直线上，这个绑定过程就是前文中提到的“校准光电转台方位零位”。
惯性导航是在已知载体的初始位置、速度和姿态的情况下，通过积分安装在稳定平台上的加速度计、陀螺仪的输出来确定载体的位置、速度和姿态的方法。惯性导航系统在航空、航天、航海、陆地和许多民用领域都得到了广泛的应用，成为目前各种导航体上广泛应用的一种主要导航系统。
光电转台与惯导贴合安装的情况下，惯导通常安装在光电转台正下方，其上下表面均经过严格刮研保证平行。惯导方位轴向平行于贴合面，并在贴合面上进行标识(惯导输出北向角即此轴所指方向的北向角)，作为光电转台的方位基准。常见的光电转台方位向均为360°周视，分为方位组件和俯仰组件两部分。将光电转台与惯导紧固时，通常都会将方位组件上某个具有明显标识的位置(如产品标牌中心处或某一安装孔位中心)与惯导的参考刻线对齐安装；之后将安装好的光电转台、惯导组合体放在天顶仪下的水平平台上，将方位组件上的标识位置对准天顶仪0°光管(俯仰角为相对大地 0°，方位角为天顶仪设定0°的光管)，而后以电视小视场瞄准0°光管十字线进行转台校零。
在上述的天顶仪下进行标校中，因为某些不精确操作，将会存在一定的误差，主要的误差诱因如下：
1、惯导标示轴向与其实际物理轴向间的误差；
2、光电转台方位组件上的标识位置与惯导轴向的设计不同轴偏差；
3、光电转台方位组件上的标识位置在天顶仪下对准0°光管的误差；
4、惯导与光电转台贴合安装时螺钉孔位窜动引起的轴向安装误差。
其中，第3项误差由于只能凭借目视进行粗对准，对最终的定向误差影响最大。
上述误差导致的定向偏差较大，在实际使用时无法忽略，因而需要在产品上车安装后在外场进行光电转台方位重校零，常用的外场校零步骤如下：
1、在外场中某水平地面上设定标识点A，通过差分GPS或其他高精度定位仪器对A点进行标定，确定其经纬度(NA，EA)，并在地面上喷涂标识；
2、在距A点3～5km、高度偏差较小的可通视处B(NB，EB)立十字靶，靶面垂直于AB的连线；
3、将整车驾驶至A点，使惯导的投影落在A的标识位置上，通过光电转台搜索 B点十字靶，并以电视小视场瞄准十字靶中心；
4、读取此时惯导输出的北向角θ及光电转台方位角
Figure 1
(北向角以正北为0°，西为正东为负；光电转台方位角以其校零位置为0°，逆时针增加顺时针减小)；
5、通过大地测绘学算法计算出由A观察B点时的真实目标北向角ψ；
6、由光电零位逆时针旋转到惯导轴向的夹角为
Figure BDA0002112958210000022
7、将光电转台方位零位逆时针转动△，重新校零，完成标校。
上述外场标校方法不仅需要对观测点和目标点提前进行精确标校，而且需要在目标点立靶，靶标制作、运输以及点的精标均需要浪费人力、物力和财力，消耗较大。
发明内容
本发明针对光电转台外场方位标校需要大量前置准备工作、浪费大量人力物力和财力的现状，提出了一种简易的光电转台方位标校方法，利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位，使得标校过程中无需制作和架设靶标、无需提前标点，省去了大量前置准备过程，而又能保证标定的精度，较大幅度的节约成本。
本发明的技术方案为：
所述一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在外场中某一平整位置设置标识点A，在A点通过手持设备中的电子地图进行定位，然后利用电子地图的卫星地图功能，人工比对A点地貌与卫星地图，在卫星地图上读出A点经纬度(NA，EA)，并在A点地面上喷涂标识；
步骤2：将陆上载具驾驶至A点，使其惯导投影落在A点标识位置上，在A点通过陆上载具的光电转台搜索特征显著的地标建筑B，并采用光电转台自带的激光测距机量取AB距离L；
步骤3：打开手持设备中的电子地图，在A点将手持设备指向B点方向，在手持设备中的电子地图上，顺着电子地图中的箭头指向从A点拉出L长度的向量，此向量终点为P；
步骤4：在电子地图的卫星地图上，在P点附近搜索符合地标建筑B特征的建筑；人工比对B点地貌与卫星地图，在卫星地图上读出B点经纬度(NB，EB)；
步骤5：以光电转台小视场中心瞄准地标建筑B，读取此时惯导输出的北向角θ及光电转台方位角
Figure BDA0002112958210000031
步骤6：将将A、B两点经纬度带入文森特公式，计算出由A观察B点时的真实目标北向角ψ；
步骤7：得到将光电零位逆时针旋转到惯导轴向的夹角为
Figure BDA0002112958210000032
步骤8：将光电转台方位零位逆时针转动△，方位校零，完成标校。
进一步的优选方案，所述一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：所述A点选择在十字路口、丁字路口或者斜交叉路口的一角；所述地标建筑B选择水塔、信号塔或烟囱。
进一步的优选方案，所述一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：A点与地标建筑B的距离L处于3～5km范围。
进一步的优选方案，所述一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：地标建筑B的人工对比采用观察地标建筑B在阳光下的投影，投影与本体交汇处即为地标建筑B的大地投影位置。
有益效果
本发明具有以下效果：
1、无需制作及竖立靶标，无需提前进行GPS标定，节约了人力、物力成本；
2、改进后的标定方法原理清晰，操作简单易行；
3、通过手机电子地图，可以对所需的探测点及目标点进行提前规划；
4、在探测点和目标点选择合理的情况下，两点的坐标定位精度均可以达到1米内，因此在简化标定过程、节约成本的前提下，不降低标定精度；
5、探测点及目标点的选择灵活，可根据实际需要现场进行决定；
6、标校后的光电转台零位与惯导零位基本重合，精度优于0.5密位，可以保证产品的定向精度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1适合作探测点的地标示意图(丁字路、路尽头、十字路、斜交叉路)；
图2适合作目标点的地标及其投影示意图(水塔、烟囱、信号塔)；
图3利用起点、指向、距离确定目标点大致位置示意图；
图4光电转台方位标校示意图；
图5光电转台与惯导贴合安装示意图。
具体实施方式
随着科技发展，智能手机在现实生活中已经普及，大多数智能手机均具有全球定位系统(如GPS)定位功能，其精度约为10米，这样的定位误差在很多情况下不可忽略。如某些打车软件中，需要乘客提供准确的乘车点位置，10米的误差，可能导致 GPS将乘客定位在马路另一边，这将导致司机路线规划错误，浪费大量的时间。针对上述情况，可以采用这样一种解决方案：在自动标示定位位置的前提下，允许乘客在电子地图上手动拖动定位点，实现人工辅助精定位。这种乘客对GPS的定位纠正，以一种人工介入的方法，提高了GPS的定位精度；而人工介入的前提，是找到附近的显著参考目标，即地标。
上述通过人工介入来提高GPS定位精度的方法说明，一些特征明显的地标可以通过人工干预而实现精确定位，其定位的精确度与目标特征的显著程度有关。普通的平面电子地图只能给出目标的大致定位，无法作为精确定位参考；而3D卫星图则能清晰的显示地物地貌特征，为精确定位提供有力的参考，更适合于人工介入。
本发明就是利用手机中3D卫星图，通过人工介入，将特征明显而又满足通视条件、相距3～5km的两点进行精确定位(两点距离可通过手机地图量取)，作为光电转台标定的探测点和目标点；以光电转台瞄准目标读取所需数据；而后通过大地测绘解算，得到光电转台方位0°轴与惯导轴向的偏差角；最后修正偏差角，完成光电转台方位标定。
考虑到光电转台外场方位标定需要，利用卫星图，通过人工介入可精确定位的地标可以有以下几种：
十字路口、丁字路口或者斜交叉路口的一角、路的尽头(见图1)，这些地方路面一般较为平整，且特征明显，方便驻车，可以作为标定时的探测点；水塔、信号塔、烟囱等(见图2)，这些目标截面小而高度大，对比度显著，有利于精确定位，可以作为标定时的目标点。
具体的标定过程如下：
步骤1：在外场中某一平整位置设置标识点A，在A点通过手持设备中的电子地图进行定位，然后利用电子地图的卫星地图功能，人工比对A点地貌与卫星地图，在卫星地图上读出A点经纬度(NA，EA)，并在A点地面上喷涂标识；
步骤2：将陆上载具驾驶至A点，使其惯导投影落在A点标识位置上，在A点通过陆上载具的光电转台搜索特征显著的地标建筑B，并采用光电转台自带的激光测距机量取AB距离L；该地标建筑B距A点应在3～5km范围内，且高度偏差相对较小。
步骤3：打开手持设备中的电子地图，在A点将手持设备指向B点方向，在手持设备中的电子地图上，顺着电子地图中的箭头指向从A点拉出L长度的向量，此向量终点为P；
步骤4：在电子地图的卫星地图上，在P点附近搜索符合地标建筑B特征的建筑；人工比对B点地貌与卫星地图，在卫星地图上读出B点经纬度(NB，EB)；由于手机卫星地图均为晴天拍摄，故对B的精确定位可借助其在阳光下的投影，投影与本体交汇处即为B的大地投影位置；
步骤5：以光电转台小视场中心瞄准地标建筑B，读取此时惯导输出的北向角θ及光电转台方位角
Figure BDA0002112958210000061
北向角以正北为0°，西为正东为负；光电转台方位角以其校零位置为0°，逆时针增加顺时针减小，见图4；
步骤6：将将A、B两点经纬度带入文森特公式，计算出由A观察B点时的真实目标北向角ψ；
步骤7：得到将光电零位逆时针旋转到惯导轴向的夹角为
Figure BDA0002112958210000062
步骤8：将光电转台方位零位逆时针转动△，方位校零，完成标校。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在外场中某一平整位置设置标识点A，在A点通过手持设备中的电子地图进行定位，然后利用电子地图的卫星地图功能，人工比对A点地貌与卫星地图，在卫星地图上读出A点经纬度(NA，EA)，并在A点地面上喷涂标识；
步骤2：将陆上载具驾驶至A点，使其惯导投影落在A点标识位置上，在A点通过陆上载具的光电转台搜索特征显著的地标建筑B，并采用光电转台自带的激光测距机量取AB距离L；
步骤3：打开手持设备中的电子地图，在A点将手持设备指向B点方向，在手持设备中的电子地图上，顺着电子地图中的箭头指向从A点拉出L长度的向量，此向量终点为P；
步骤4：在电子地图的卫星地图上，在P点附近搜索符合地标建筑B特征的建筑；人工比对B点地貌与卫星地图，在卫星地图上读出B点经纬度(NB，EB)；
步骤5：以光电转台小视场中心瞄准地标建筑B，读取此时惯导输出的北向角θ及光电转台方位角φ；
步骤6：将A、B两点经纬度带入文森特公式，计算出由A观察B点时的真实目标北向角ψ；
步骤7：得到将光电零位逆时针旋转到惯导轴向的夹角为△＝(θ-(ψ-φ))；
步骤8：将光电转台方位零位逆时针转动△，方位校零，完成标校。
2.根据权利要求1所述一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：所述A点选择在十字路口、丁字路口或者斜交叉路口的一角；所述地标建筑B选择水塔、信号塔或烟囱。
3.根据权利要求1所述一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：A点与地标建筑B的距离L处于3～5km范围。
4.根据权利要求1所述一种利用电子地图及典型地标校准光电转台方位零位的方法，其特征在于：地标建筑B的人工比对采用观察地标建筑B在阳光下的投影，投影与本体交汇处即为地标建筑B的大地投影位置。
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