CN110455184A - 快速时空定位测姿的光电系统方法 - Google Patents

快速时空定位测姿的光电系统方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了快速时空定位测姿的光电系统方法，包括组建光电扫描测姿系统、组建GNSS基准定位系统、建立全局定位坐标系、计算全向光电接收器坐标参数、计算出激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离、得到全向光电接收器的最优精准坐标参数、构建坐标矩阵，通过旋转和平移坐标矩阵得到待测姿体位置、对得到待测姿体位置正确性进行判断；本发明通过利用组建的光电扫描测姿系统和GNSS基准定位系统共同进行测姿，能够有效避免因为GNSS出现短暂失效而无法继续进行测姿的问题，保证了待测姿体在进行快速时空定位测姿时的稳定性，利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断，能够有效保证测量结果的科学性和准确性。

Description

快速时空定位测姿的光电系统方法
技术领域
本发明涉及定位测姿技术领域，尤其涉及快速时空定位测姿的光电系统方法。
背景技术
为了满足不同应用平台对姿态信息的需求，目前已有大量的姿态测量设备问世，例如，用于空间载体姿态测量的星敏感器、地平跟踪器、太阳敏感器和地磁仪等；用于为陆上或水下载体提供航向的磁罗盘、电磁罗盘；用于为各种飞行器、陆上运输设备、舰船、潜器、空间载体提供姿态信息的惯性器件等等；
目前，GNSS定位测姿技术是对待测姿体进行定位、测姿常用且有效的手段，其基本实现方法是采用载波相位差分GNSS技术，应用1或2个GNSS天线，实现对待测姿体的高精度定位测姿，但GNSS定位测姿技术还存由于GNSS短暂失效(天线被遮挡)导致定位测姿短暂故障，仅通过GNSS定位测姿技术对待测姿体进行测量时，无法保证测姿结果的连续性和正确性，因此，本发明提出及快速时空定位测姿的光电系统方法，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明提出快速时空定位测姿的光电系统方法，通过利用组建的光电扫描测姿系统和GNSS基准定位系统共同进行测姿，能够有效避免因为GNSS出现短暂失效而无法继续进行测姿的问题，保证了待测姿体在进行快速时空定位测姿时的稳定性，同时测量精度高，通过利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断，能够有效保证测量结果的科学性和准确性。
本发明提出快速时空定位测姿的光电系统方法，包括以下步骤：
步骤一：利用待测姿体、激光发射器、全向光电接收器、信号处理器和计算机组建光电扫描测姿系统；
步骤二：在光电扫描测姿系统内利用GNSS接收机、差分信息生成模块和通信模块组建GNSS基准定位系统；
步骤三：建立全局定位坐标系，利用GNSS基准定位系统将全向光电接收器定位信息坐标映射在全局定位坐标系内；
步骤四：将通过全向光电接收器接收的激光发射器发射出的激光扫描信号发送给信号处理器进行计算全向光电接收器坐标参数；
步骤五：利用计算机计算不同的全向光电接收器坐标参数，计算出激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离；
步骤六：根据激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离参数继续计算出全向光电接收器的精准坐标参数，并对精准坐标参数进行不断的迭代，得到最优精准坐标参数；
步骤七：利用最优精准坐标参数构建坐标矩阵，通过旋转和平移坐标矩阵得到待测姿体位置；
步骤八：构建基于光电扫描测姿系统的正确性判断模块，利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断。
进一步改进在于：所述步骤一中组建光电扫描测姿系统具体过程为：在所述待测姿体上设置激光发射器，在所述激光发射器周围设置全向光电接收器，所述全向光电接收器连接信号处理器，所述信号处理器连接计算机。
进一步改进在于：所述步骤一中全向光电接收器设置数量为4-8个，4-8个所述全向光电接收器呈阵列状围绕在所述激光发射器周围。
进一步改进在于：所述步骤二中GNSS接收机连接差分信息生成模块和计算机，所述差分信息生成模块连接通信模块。
进一步改进在于：所述步骤二中GNSS基准定位系统工作过程为：所述GNSS接收机实时接收GNSS导航信息，并将获取到的GNSS导航信息发送给差分信息生成模块生成差分修改信息，然后传输给通信模块，所述通信模块将差分修改信息传输给计算机。
进一步改进在于：所述步骤三中具体过程为：建立全局定位坐标系，利用GNSS基准定位系统接收GNSS导航信息，光电扫描测姿系统的计算机根据通信模块传输的差分修改信息进行精确测量全向光电接收器定位信息坐标，并将全向光电接收器定位信息坐标映射在全局定位坐标系内。
进一步改进在于：所述步骤四中的全向光电接收器坐标参数包括激光发射器的扫描角、全向光电接收器在测量空间的水平角和垂直角。
进一步改进在于：所述步骤七中具体过程为：将最优精准坐标参数映射到全局定位坐标系内，与全局定位坐标系内已有的全向光电接收器坐标参数构建坐标矩阵，通过旋转坐标矩阵获得待测姿体的姿态角度，再通过平移坐标矩阵得到待测姿体位置。
进一步改进在于：所述步骤八中利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断的具体过程为：先利用正确性判断模块采集并储存一个高精度的待测姿体位置坐标信息，然后利用步骤一至步骤七的方法获得一个测量待测姿体位置坐标信息，然后比较两个待测姿体位置坐标信息，出现误差大于设定阈值时，重新校正步骤四至步骤七的操作。
本发明的有益效果为：本发明方法用于待测姿体进行对快速时空定位测姿时，通过利用组建的光电扫描测姿系统和GNSS基准定位系统共同进行测姿，能够有效避免因为GNSS出现短暂失效而无法继续进行测姿的问题，保证了待测姿体在进行快速时空定位测姿时的稳定性，同时测量精度高，通过利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断，能够有效保证测量结果的科学性和准确性。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
快速时空定位测姿的光电系统方法，包括以下步骤：
步骤一：利用待测姿体、激光发射器、全向光电接收器、信号处理器和计算机组建光电扫描测姿系统，在所述待测姿体上设置激光发射器，在所述激光发射器周围设置全向光电接收器，所述全向光电接收器连接信号处理器，所述信号处理器连接计算机，全向光电接收器设置数量为4个，4个所述全向光电接收器呈阵列状围绕在所述激光发射器周围；
步骤二：在光电扫描测姿系统内利用GNSS接收机、差分信息生成模块和通信模块组建GNSS基准定位系统，GNSS接收机连接差分信息生成模块和计算机，所述差分信息生成模块连接通信模块，所述GNSS接收机实时接收GNSS导航信息，并将获取到的GNSS导航信息发送给差分信息生成模块生成差分修改信息，然后传输给通信模块，所述通信模块将差分修改信息传输给计算机；
步骤三：建立全局定位坐标系，利用GNSS基准定位系统接收GNSS导航信息，光电扫描测姿系统的计算机根据通信模块传输的差分修改信息进行精确测量全向光电接收器定位信息坐标，并将全向光电接收器定位信息坐标映射在全局定位坐标系内；
步骤四：将通过全向光电接收器接收的激光发射器发射出的激光扫描信号发送给信号处理器进行计算全向光电接收器坐标参数，包括激光发射器的扫描角、全向光电接收器在测量空间的水平角和垂直角；
步骤五：利用计算机计算不同的全向光电接收器坐标参数，计算出激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离；
步骤六：根据激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离参数继续计算出全向光电接收器的精准坐标参数，并对精准坐标参数进行不断的迭代，得到最优精准坐标参数；
步骤七：将最优精准坐标参数映射到全局定位坐标系内，与全局定位坐标系内已有的全向光电接收器坐标参数构建坐标矩阵，通过旋转坐标矩阵获得待测姿体的姿态角度，再通过平移坐标矩阵得到待测姿体位置；
步骤八：先利用正确性判断模块采集并储存一个高精度的待测姿体位置坐标信息，然后利用步骤一至步骤七的方法获得一个测量待测姿体位置坐标信息，然后比较两个待测姿体位置坐标信息，出现误差大于设定阈值时，重新校正步骤四至步骤七的操作。
实施例二
快速时空定位测姿的光电系统方法，包括以下步骤：
步骤一：利用待测姿体、激光发射器、全向光电接收器、信号处理器和计算机组建光电扫描测姿系统，在所述待测姿体上设置激光发射器，在所述激光发射器周围设置全向光电接收器，所述全向光电接收器连接信号处理器，所述信号处理器连接计算机，全向光电接收器设置数量为6个，6个所述全向光电接收器呈阵列状围绕在所述激光发射器周围；
步骤二：在光电扫描测姿系统内利用GNSS接收机、差分信息生成模块和通信模块组建GNSS基准定位系统，GNSS接收机连接差分信息生成模块和计算机，所述差分信息生成模块连接通信模块，所述GNSS接收机实时接收GNSS导航信息，并将获取到的GNSS导航信息发送给差分信息生成模块生成差分修改信息，然后传输给通信模块，所述通信模块将差分修改信息传输给计算机；
步骤三：建立全局定位坐标系，利用GNSS基准定位系统接收GNSS导航信息，光电扫描测姿系统的计算机根据通信模块传输的差分修改信息进行精确测量全向光电接收器定位信息坐标，并将全向光电接收器定位信息坐标映射在全局定位坐标系内；
步骤四：将通过全向光电接收器接收的激光发射器发射出的激光扫描信号发送给信号处理器进行计算全向光电接收器坐标参数，包括激光发射器的扫描角、全向光电接收器在测量空间的水平角和垂直角；
步骤五：利用计算机计算不同的全向光电接收器坐标参数，计算出激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离；
步骤六：根据激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离参数继续计算出全向光电接收器的精准坐标参数，并对精准坐标参数进行不断的迭代，得到最优精准坐标参数；
步骤七：将最优精准坐标参数映射到全局定位坐标系内，与全局定位坐标系内已有的全向光电接收器坐标参数构建坐标矩阵，通过旋转坐标矩阵获得待测姿体的姿态角度，再通过平移坐标矩阵得到待测姿体位置；
步骤八：先利用正确性判断模块采集并储存一个高精度的待测姿体位置坐标信息，然后利用步骤一至步骤七的方法获得一个测量待测姿体位置坐标信息，然后比较两个待测姿体位置坐标信息，出现误差大于设定阈值时，重新校正步骤四至步骤七的操作。
本发明方法用于待测姿体进行对快速时空定位测姿时，通过利用组建的光电扫描测姿系统和GNSS基准定位系统共同进行测姿，能够有效避免因为GNSS出现短暂失效而无法继续进行测姿的问题，保证了待测姿体在进行快速时空定位测姿时的稳定性，同时测量精度高，通过利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断，能够有效保证测量结果的科学性和准确性。
实施例三
快速时空定位测姿的光电系统方法，包括以下步骤：
步骤一：利用待测姿体、激光发射器、全向光电接收器、信号处理器和计算机组建光电扫描测姿系统，在所述待测姿体上设置激光发射器，在所述激光发射器周围设置全向光电接收器，所述全向光电接收器连接信号处理器，所述信号处理器连接计算机，全向光电接收器设置数量为8个，8个所述全向光电接收器呈阵列状围绕在所述激光发射器周围；
步骤二：在光电扫描测姿系统内利用GNSS接收机、差分信息生成模块和通信模块组建GNSS基准定位系统，GNSS接收机连接差分信息生成模块和计算机，所述差分信息生成模块连接通信模块，所述GNSS接收机实时接收GNSS导航信息，并将获取到的GNSS导航信息发送给差分信息生成模块生成差分修改信息，然后传输给通信模块，所述通信模块将差分修改信息传输给计算机；
步骤三：建立全局定位坐标系，利用GNSS基准定位系统接收GNSS导航信息，光电扫描测姿系统的计算机根据通信模块传输的差分修改信息进行精确测量全向光电接收器定位信息坐标，并将全向光电接收器定位信息坐标映射在全局定位坐标系内；
步骤四：将通过全向光电接收器接收的激光发射器发射出的激光扫描信号发送给信号处理器进行计算全向光电接收器坐标参数，包括激光发射器的扫描角、全向光电接收器在测量空间的水平角和垂直角；
步骤五：利用计算机计算不同的全向光电接收器坐标参数，计算出激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离；
步骤六：根据激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离参数继续计算出全向光电接收器的精准坐标参数，并对精准坐标参数进行不断的迭代，得到最优精准坐标参数；
步骤七：将最优精准坐标参数映射到全局定位坐标系内，与全局定位坐标系内已有的全向光电接收器坐标参数构建坐标矩阵，通过旋转坐标矩阵获得待测姿体的姿态角度，再通过平移坐标矩阵得到待测姿体位置；
步骤八：先利用正确性判断模块采集并储存一个高精度的待测姿体位置坐标信息，然后利用步骤一至步骤七的方法获得一个测量待测姿体位置坐标信息，然后比较两个待测姿体位置坐标信息，出现误差大于设定阈值时，重新校正步骤四至步骤七的操作。
本发明方法用于待测姿体进行对快速时空定位测姿时，通过利用组建的光电扫描测姿系统和GNSS基准定位系统共同进行测姿，能够有效避免因为GNSS出现短暂失效而无法继续进行测姿的问题，保证了待测姿体在进行快速时空定位测姿时的稳定性，同时测量精度高，通过利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断，能够有效保证测量结果的科学性和准确性。
根据实施例一、实施例二和实施例三可以得出，本发明中通过全向光电接收器设置数量为4-8个，4-8个所述全向光电接收器呈阵列状围绕在所述激光发射器周围，可以有效提高待测姿体进行对快速时空定位测姿的结果准确性和连续性。
本发明方法用于待测姿体进行对快速时空定位测姿时，通过利用组建的光电扫描测姿系统和GNSS基准定位系统共同进行测姿，能够有效避免因为GNSS出现短暂失效而无法继续进行测姿的问题，保证了待测姿体在进行快速时空定位测姿时的稳定性，同时测量精度高，通过利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断，能够有效保证测量结果的科学性和准确性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用待测姿体、激光发射器、全向光电接收器、信号处理器和计算机组建光电扫描测姿系统；
步骤二：在光电扫描测姿系统内利用GNSS接收机、差分信息生成模块和通信模块组建GNSS基准定位系统；
步骤三：建立全局定位坐标系，利用GNSS基准定位系统将全向光电接收器定位信息坐标映射在全局定位坐标系内；
步骤四：将通过全向光电接收器接收的激光发射器发射出的激光扫描信号发送给信号处理器进行计算全向光电接收器坐标参数；
步骤五：利用计算机计算不同的全向光电接收器坐标参数，计算出激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离；
步骤六：根据激光发射器与其周围设置的全向光电接收器之间的距离参数继续计算出全向光电接收器的精准坐标参数，并对精准坐标参数进行不断的迭代，得到最优精准坐标参数；
步骤七：利用最优精准坐标参数构建坐标矩阵，通过旋转和平移坐标矩阵得到待测姿体位置；
步骤八：构建基于光电扫描测姿系统的正确性判断模块，利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断。
2.根据权利要求1所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤一中组建光电扫描测姿系统具体过程为：在所述待测姿体上设置激光发射器，在所述激光发射器周围设置全向光电接收器，所述全向光电接收器连接信号处理器，所述信号处理器连接计算机。
3.根据权利要求2所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤一中全向光电接收器设置数量为4-8个，4-8个所述全向光电接收器呈阵列状围绕在所述激光发射器周围。
4.根据权利要求1所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤二中GNSS接收机连接差分信息生成模块和计算机，所述差分信息生成模块连接通信模块。
5.根据权利要求1所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤二中GNSS基准定位系统工作过程为：所述GNSS接收机实时接收GNSS导航信息，并将获取到的GNSS导航信息发送给差分信息生成模块生成差分修改信息，然后传输给通信模块，所述通信模块将差分修改信息传输给计算机。
6.根据权利要求5所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤三中具体过程为：建立全局定位坐标系，利用GNSS基准定位系统接收GNSS导航信息，光电扫描测姿系统的计算机根据通信模块传输的差分修改信息进行精确测量全向光电接收器定位信息坐标，并将全向光电接收器定位信息坐标映射在全局定位坐标系内。
7.根据权利要求1所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤四中的全向光电接收器坐标参数包括激光发射器的扫描角、全向光电接收器在测量空间的水平角和垂直角。
8.根据权利要求1所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤七中具体过程为：将最优精准坐标参数映射到全局定位坐标系内，与全局定位坐标系内已有的全向光电接收器坐标参数构建坐标矩阵，通过旋转坐标矩阵获得待测姿体的姿态角度，再通过平移坐标矩阵得到待测姿体位置。
9.根据权利要求1所述的快速时空定位测姿的光电系统方法，其特征在于：所述步骤八中利用正确性判断模块对得到待测姿体位置正确性进行判断的具体过程为：先利用正确性判断模块采集并储存一个高精度的待测姿体位置坐标信息，然后利用步骤一至步骤七的方法获得一个测量待测姿体位置坐标信息，然后比较两个待测姿体位置坐标信息，出现误差大于设定阈值时，重新校正步骤四至步骤七的操作。
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