CN110793550A - 一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法 - Google Patents

一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法 Download PDF

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郝俊明
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Abstract

本发明提供一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法，用于光学成像测量系统水平面的俯仰角静态绝对误差的处理。在测量系统水平安装基面安置双轴倾角传感器，静态测量此时双轴方向和真实水平面的倾角，通过计算得出测量系统水平安装基面和真实水平面的面面夹角，再通过几何关系，计算得出测量系统任意方位角处的俯仰偏差值，然后对得到的俯仰值进行修正。本发明利用软件补偿的方式对各个方位的俯仰角进行软件俯仰角补偿调平，相比于传统方法中的硬件调平装置，可以获得体积小、重量轻的光学成像测量系统，有利于光学成像测量系统的低成本、小型化。

Description

一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法
技术领域
本发明属于光学成像定位测量技术领域，具体涉及一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法，用于光学成像测量系统水平面的俯仰角静态绝对误差的处理。
背景技术
利用光学成像方式对目标进行定位测量在很多领域都有应用。目标定位包含有距离、经纬度信息等，获得目标的经纬度信息需要知道目标对于光学成像系统的方位角和俯仰角信息。方位和俯仰角信息的获得方式有很多种，典型的有电子罗盘，可以获得实时的方位俯仰信息，但此种应用有一定的局限性，过度依赖罗盘的精度，较好的罗盘测角精度在0.3°左右，对于更高方位俯仰角精度要求的应用，此种信息获取方式将不能适用。这种情况下通常使用光学成像系统中安装的高精度的水平和俯仰码盘获得，通过水平码盘获得方位角，通过俯仰码盘获得俯仰角。但光学成像系统的安装面与水平面有一个夹角，需要知道该夹角才能获得准确的俯仰角信息，一般采取的方法是采用调平装置对光学成像系统的俯仰方向进行与水平面调平，那么俯仰角的精度取决于调平装置的精度，高精度调平装置随着光学系统的结构、重量以及体积等的增大而增加，其结构也会变得复杂，且成本攀升很大，有悖于设备小型化的趋势。
发明内容
本发明的目的是针对目前的硬件调平方式导致的体积大、成本高的问题，提供一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法，采用增加一个二维双轴倾角传感器，静态测量光学成像系统与真实水平面的夹角，然后利用软件补偿的方式对各个方位的俯仰角进行软件俯仰角补偿调平，而不需要真正的硬件调平。
本发明的技术方案如下：
一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法，其特征在于：
(1)在测量系统水平安装基面安置双轴倾角传感器；
(2)建立测量系统水平安装基面和真实水平面的面面夹角关系：通过一次静态测量得到双轴倾角传感器双轴的倾角，求出测量系统水平安装基面与真实水平面的面面夹角；
(3)测量系统任意方位角处的绝对俯仰值：建立光学成像测量系统任意方位处的倾角与方位夹角的关系，对任意光学成像测量系统方位角处的俯仰值进行补偿。
本发明结构简单，成本低，利用安装在光学成像测量系统水平安装基面的双轴倾角传感器静态测量光学成像测量系统与真实水平面的面面夹角，通过空间几何原理推导获得在任意方位处光学成像测量系统的俯仰角，便可对该位置处的俯仰值进行软件补偿调平，精度取决于倾角传感器的测量精度，而倾角传感器的精度可达0.001°，调平精度高，从而俯仰角获取精度高。相比于传统方法中的硬件调平装置，本方法可以获得体积小、重量轻的光学成像测量系统，尤其在高方位俯仰角精度要求的情况下，本发明将更有利于光学成像测量系统的小型化，低成本。
附图说明
图1是系统水平安装基面和真实水平面的面面夹角测量方式示意图；
图2是测量系统任意方位角处的绝对俯仰值的方式示意图。
具体实施方式
光学成像测量系统方位角、俯仰角的位置误差有两种，一种是静态绝对误差，一种是动态误差。在光电成像测量系统中，动态误差体现在设备工作当中，当遇到振动等情况时光电成像设备得到的方位、俯仰角信息误差。这种误差的处理，设备中都会有带陀螺稳定的机构去补偿。本发明只对水平面的俯仰角静态绝对误差的处理。
光学成像测量系统(以下简称测量系统)一般包含光学成像设备及其载体转台。本发明是在测量系统水平安装基面安置双轴倾角传感器，静态测量此时双轴方向和真实水平面的倾角，通过计算得出测量系统水平安装基面和真实水平面的面面夹角，再通过几何关系，计算得出测量系统任意方位角处的俯仰偏差值，然后对得到的俯仰值进行修正，具体方法如下：
(1)建立测量系统水平安装基面和真实水平面的面面夹角关系，通过一次静态测量得到双轴倾角传感器双轴的倾角，便可以求出测量系统水平安装基面与真实水平面的面面夹角。
图1所示是系统水平安装基面和真实水平面的面面夹角测量方式示意图，图1中的英文字母和希腊字母的含义如下：
L：测量系统水平安装基面；
H：真实水平面；
AB、AC：双轴倾角传感器相互垂直的X、Y方向直线；
AO：从测量系统水平安装基面(L)到真实水平面(H)的垂线；
β、γ：从双轴倾角传感器得到的倾角，即AB、AC与真实水平面(H)的线面角；
α：测量系统水平安装基面(L)与真实水平面(H)的面面夹角；
a：AB的直线距离；
b：AC的直线距离；
c：AO的直线距离。
测量公式推导过程如下：
由几何关系可得：
从而得到如下关系：
Figure BDA0002286241880000032
这样，通过一次静态测量得到双轴倾角传感器双轴的倾角β和γ，便可以求出测量系统水平安装基面与真实水平面的面面夹角α。
(2)测量系统任意方位角处的绝对俯仰值(倾角)。建立光学成像测量系统任意方位处的倾角与方位夹角的关系，便可对任意光学成像测量系统方位角处的俯仰值进行补偿。
图2是测量系统任意方位角处的绝对俯仰值(倾角)方法示意图，图2中的英文字母和希腊字母的含义为：
L：测量系统水平安装基面；
H：真实水平面；
BP：假设的方位0°位置的直线；
BA：任意方位角处的直线；
AC：假设的方位0°位置直线的平行线；
AO：任意方位角处直线端点A到真实水平面(H)的垂线；
θ：任意方位的方位角；
A：AC的直线距离。
θ为光学成像测量系统水平安装基面L中任意一方位射线BA与BP的夹角；BP为光学成像测量系统水平安装基面中的垂直于光学成像测量系统水平安装基面L与真实水平面H交线的线，通过几何关系可以看到，BP//CA。α为水平安装基面与真实水平面的面面夹角。我们想要知道光学成像测量系统任意方位处的倾角为多少，也就是想知道图2中BA线与真实水平面H的夹角
Figure BDA0002286241880000041
由图中几何关系可以看到：
AO＝a·sinα,
Figure BDA0002286241880000042
所以得到：
Figure BDA0002286241880000044
通过公式(1)我们可以知道sinα，该值在设备固定后是一个常数。
这样我们便找到了光学成像测量系统任意方位处的倾角
Figure BDA0002286241880000043
与方位夹角θ的关系，便可对任意光学成像测量系统方位角处的俯仰值进行补偿。

Claims (1)

1.一种基于二维双轴倾角传感器的定位测量方法，其特征在于：
(1)在测量系统水平安装基面安置双轴倾角传感器；
(2)建立测量系统水平安装基面和真实水平面的面面夹角关系：通过一次静态测量得到双轴倾角传感器双轴的倾角，求出测量系统水平安装基面与真实水平面的面面夹角；
(3)测量系统任意方位角处的绝对俯仰值：建立光学成像测量系统任意方位处的倾角与方位夹角的关系，对任意光学成像测量系统方位角处的俯仰值进行补偿。
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