CN111121641B - 一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置及方法，测量装置包括设有与组合导航的坐标系相适配的底座坐标系的底座，底座坐标系的原点处设置有安装座，安装座上转动安装有三根沿周向分布的探杆，每根探杆的顶端均转动安装有测距仪；测量方法为：安装组合导航和天线；使底座坐标系与组合导航的坐标系平行；调整三根探杆使三个测距仪不在同一条直线上；探杆位置不变，调整测距仪的角度，分别测量到底座坐标系中坐标轴的垂直距离以获得测距仪的自身坐标位置；分别测量到组合导航原点的直线距离和到天线中心点的直线距离；基于测量值获得天线到组合导航的偏移。本发明结构简单、操作便捷且测量精度高。

Description

一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置及方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置及方法。

背景技术

智能驾驶车辆在安装组合导航(将两种或两种以上的导航设备组合在一起的导航系统)之后，需要精确测量天线(用于组合导航接受卫星信号和计算自身位置、姿态的设备)到组合导航的偏移，用于计算车辆的位置姿态等，其中测量的精度越高，计算的准确度就越高。由于组合导航一般安装于车辆的内部，而天线因为需要接受卫星信号，一般安装于车顶，因此直接测量两者的位置偏移存在较大的误差。

目前的测量手段为；按照车辆的CAD图纸，在固定的位置安装组合导航和天线，然后从CAD图纸中得到两者的偏移位置；该手段需要图纸和车辆实体精确对应，并且安装位置要严格对应。但是矿车等大型车辆因为驾驶舱制作厂家水平良莠不齐，与CAD图纸误差较大，严重影响了测量精度。

鉴于此，亟需对现有技术进行改进，研发设计一种操作简单且测量精度高的组合导航天线偏移测量装置及方法。

发明内容

旨在克服上述现有技术中存在的不足，本发明解决的第一个技术问题是，提供了一种结构简单、便于测量且可确保测量精度的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置。

作为同一个发明构思，本发明解决的第二个技术问题是，提供了一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案是：一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置，包括底座，所述底座上设置有与所述组合导航上的坐标系相适配的底座坐标系，所述底座坐标系的原点处设置有安装座，所述安装座上转动安装有三根沿周向分布的探杆，每根所述探杆的顶端均转动安装有测距仪。

进一步，所述测距仪为激光测距仪或拉绳式位移传感器。

进一步，所述安装座上周向间隔设置有三个第一铰接部，所述探杆通过与相应所述第一铰接部铰接实现转动安装；

所述探杆的顶端设置有第二铰接部，所述测距仪通过与所述第二铰接部铰接实现转动安装。

进一步，三根所述探杆的长度相等。

进一步，所述底座坐标系为与所述坐标系相适配的右手坐标系。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案是：一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，使用上述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置，所述偏移测量方法包括：

S1、按安装要求将所述组合导航和所述天线分别安装在所述智能驾驶车辆对应位置处；

S2、调整所述底座方向，使所述底座坐标系与所述组合导航的所述坐标系平行；

S3、调整所述底座上的三根所述探杆，使三个所述测距仪不在同一条直线上；

S4、所述探杆位置不变，调整三根所述探杆上的所述测距仪的角度，分别测量到所述底座坐标系中三个坐标轴的垂直距离以获得所述测距仪的自身坐标位置，记为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)；

再次调整三个所述测距仪的角度，分别测量到所述组合导航中所述坐标系的原点的直线距离，记为(a,b,c)；

再次调整三个所述测距仪的角度，分别测量到所述天线的中心点的直线距离，记为(d,e,f)；

S5、基于(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(a,b,c)和(d,e,f)获得所述组合导航和所述天线之间的偏移。

进一步，所述天线设置有多个时，需重复所述步骤S1至S5进行多次测量计算，以获得每个所述天线与所述组合导航之间的偏移。

进一步，所述步骤S5具体包括：

S51、假设所述组合导航的坐标位置为(xi,yi,zi),所述天线的坐标为位置(xj,yj,zj)；

S52、求解方程组，获得所述组合导航和所述天线的坐标位置，所述方程组为,

S53、根据获得的所述组合导航和所述天线的坐标位置计算出所述组合导航和所述天线之间的偏移Offset；其中，Offset＝(xj-xi,yj-yi,zj-zi)。

进一步，所述测距仪为激光测距仪，利用激光束照射到所述组合导航中所述坐标系的原点或所述天线的中心点或垂直照射到所述底座坐标系中三个坐标轴上，获得相应的测量值。

进一步，所述测距仪为拉绳式位移传感器，将所述拉绳式位移传感器的拉绳拉伸到所述组合导航中所述坐标系的原点或所述天线的中心点或垂直拉伸到所述底座坐标系中三个坐标轴上，获得相应的测量值。

由于采用了上述技术方案，取得的有益效果如下：

本发明智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置及方法，其中，测量装置包括底座，底座上设置有与组合导航上的坐标系相适配的底座坐标系，底座坐标系的原点处设置有安装座，安装座上转动安装有三根沿周向分布的探杆，每根探杆的顶端均转动安装有测距仪；测量方法为：按安装要求将组合导航和天线分别安装在智能驾驶车辆对应位置处；调整底座方向，使底座坐标系与组合导航的坐标系平行；调整底座上的三根探杆，使三个测距仪不在同一条直线上；探杆位置不变，调整三根探杆上的测距仪的角度，分别测量到底座坐标系中三个坐标轴的垂直距离以获得三个测距仪的自身坐标位置；分别测量到组合导航中坐标系的原点的直线距离和到天线的中心点的直线距离；通过测距仪的自身坐标位置和到组合导航以及到天线的直线距离进行方程组求解，可以得到组合导航以及天线在底座坐标系下的坐标位置，进而得到天线到组合导航的偏移。

综上，采用本发明的测量装置并按照测量方法测量几次坐标，然后求解方程组，就能得到准确的偏移位置；不依赖于车辆的CAD图纸和外壳加工精度等，可以直接计算得到天线到组合导航的偏移，方法简便可靠且测量精度高。

附图说明

图1是组合导航和天线在智能驾驶车辆的安装位置示意图；

图2是本发明智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置的使用参考图；

图3是本发明智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法的流程图；

图中，1-组合导航，11-坐标系，2-天线，3-底座，31-底座坐标系，4-探杆，41-测距仪，5-探杆，51-测距仪，6-探杆，61-测距仪。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，本发明的实施例仅仅是为了便于简化描述，不能理解为对本发明的限制。

由图1和图2共同所示，本实施例公开了一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置，用于测量组合导航1和天线2之间的偏移量；具体包括底座3，底座3上设置有与组合导航1上的坐标系11(出厂时自带)相适配的底座坐标系31，底座坐标系31的原点处设置有安装座，安装座上转动安装有三根沿周向分布的探杆4、5、6，每根探杆4、5、6的顶端均转动安装有测距仪41、51、61。为了确保测量精度，本实施例中的测距仪41、51、61为激光测距仪；也可以采用拉绳式位移传感器。

探杆4、5、6和激光测距仪41、51、61的转动安装的具体实施结构为：安装座(圆柱形)上周向间隔设置有三个第一铰接部，探杆4、5、6通过与相应第一铰接部铰接实现转动安装；探杆4、5、6的顶端设置有第二铰接部，测距仪41、51、61通过与第二铰接部铰接实现转动安装。

本实施例中，三根探杆4、5、6的长度相等。底座坐标系31为与坐标系11相适配的右手坐标系。

本实施例还公开了一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，使用上述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置，由图1至图3共同所示，偏移测量方法包括：

S1、按安装要求将组合导航1和天线2分别安装在智能驾驶车辆对应位置处。

S2、调整底座3方向，使底座坐标系31与组合导航1的坐标系11平行。需要说明的是，底座坐标系31与组合导航1的坐标系11平行，这样使组合导航1的坐标系11与底座坐标系31只存在平移变化，不存在旋转变化。即，

其中，

是组合导航1中坐标系11下的某个点坐标，

是底座坐标系31下的对应点坐标。

S3、调整底座3上的三根探杆4、5、6，使三个测距仪41、51、61不在同一条直线上；可任意调整三根探杆的4、5、6的角度，只要确保三个测距仪41、51、61不在同一条直线即可。

S4、探杆4、5、6位置不变，调整三根探杆4、5、6上的测距仪41、51、61的角度(确保激光束可垂直照射到底座坐标系31中三个坐标轴上)，分别测量到底座坐标系31中三个坐标轴的垂直距离以获得测距仪41、51、61的自身坐标位置，记为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)。

再次调整三个测距仪的角度(确保激光束可照射到坐标系11的原点上)，分别测量到组合导航1中坐标系11的原点的直线距离，记为(a,b,c)。

再次调整三个测距仪的角度(确保激光束可照射到天线2的中心点上)，分别测量到天线2的中心点的直线距离，记为(d,e,f)。

S5、基于(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(a,b,c)和(d,e,f)获得组合导航1和天线2之间的偏移。

本实施例中，步骤S5具体包括：

S51、假设组合导航1的坐标位置为(xi,yi,zi),天线2的坐标为位置(xj,yj,zj)。

S52、求解方程组，获得组合导航1和天线2的坐标位置，该方程组为,

S53、根据获得的组合导航1和天线2的坐标位置计算出组合导航1和天线2之间的偏移Offset；其中，Offset＝(xj-xi,yj-yi,zj-zi)。

当测距仪41、51、61为激光测距仪，需要利用激光束照射到组合导航1中坐标系11的原点或天线2的中心点或垂直照射到底座坐标系31中三个坐标轴上，获得相应的测量值。

若测距仪41、51、61为拉绳式位移传感器，需要将拉绳式位移传感器的拉绳直线拉伸到组合导航1中坐标系11的原点或天线2的中心点或垂直拉伸到底座坐标系31中三个坐标轴上，获得相应的测量值。

本实施例是一个天线2为例进行说明的，采用本发明的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置及方法同样适用于测量多个天线2与组合导航1之间的偏移。具体为，仍然采用上述描述的测量装置；只需重复步骤S1至S5进行多次测量计算，以获得每个天线2与组合导航1之间的偏移即可，在此不做赘述。

简言之，本发明利用三个测距仪41、51、61分别测量到底座坐标系31中三个坐标轴的距离，得到自身坐标位置；然后测量到目标物(天线2和组合导航1)的距离，通过求解方程组得到目标物的坐标位置，最终得到不同目标物之间的偏移。

综上，采用本发明的测量装置并按照测量方法测量几次坐标，然后求解方程组，就能得到准确的偏移位置；不依赖于车辆的CAD图纸和外壳加工精度等，可以直接计算得到天线到组合导航的偏移，结构简单、方法简便可靠且测量精度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，使用智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量装置，所述测量装置用于测量所述组合导航和所述天线之间的偏移量，其特征在于，所述测量装置包括底座，所述底座上设置有与所述组合导航上的坐标系相适配的底座坐标系，所述底座坐标系的原点处设置有安装座，所述安装座上转动安装有三根沿周向分布的探杆，每根所述探杆的顶端均转动安装有测距仪；所述测距仪为激光测距仪；

所述偏移测量方法包括：

S1、按安装要求将所述组合导航和所述天线分别安装在所述智能驾驶车辆对应位置处；

S2、调整所述底座方向，使所述底座坐标系与所述组合导航的所述坐标系平行；

S3、调整所述底座上的三根所述探杆，使三个所述测距仪不在同一条直线上；

S4、所述探杆位置不变，调整三根所述探杆上的所述测距仪的角度，分别测量到所述底座坐标系中三个坐标轴的垂直距离以获得所述测距仪的自身坐标位置，记为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)；

再次调整三个所述测距仪的角度，分别测量到所述组合导航中所述坐标系的原点的直线距离，记为(a,b,c)；

再次调整三个所述测距仪的角度，分别测量到所述天线的中心点的直线距离，记为(d,e,f)；

S5、基于(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(a,b,c)和(d,e,f)获得所述组合导航和所述天线之间的偏移。

2.根据权利要求1所述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，其特征在于，所述安装座上周向间隔设置有三个第一铰接部，所述探杆通过与相应所述第一铰接部铰接实现转动安装；

所述探杆的顶端设置有第二铰接部，所述测距仪通过与所述第二铰接部铰接实现转动安装。

3.根据权利要求1所述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，其特征在于，三根所述探杆的长度相等。

4.根据权利要求1所述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，其特征在于，所述底座坐标系为与所述坐标系相适配的右手坐标系。

5.根据权利要求1所述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，其特征在于，所述天线设置有多个时，需重复步骤S1至S5进行多次测量计算，以获得每个所述天线与所述组合导航之间的偏移。

6.根据权利要求1或5所述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，其特征在于，步骤S5具体包括：

S51、假设所述组合导航的坐标位置为(xi,yi,zi),所述天线的坐标为位置(xj,yj,zj)；

S52、求解方程组，获得所述组合导航和所述天线的坐标位置，所述方程组为,

S53、根据获得的所述组合导航和所述天线的坐标位置计算出所述组合导航和所述天线之间的偏移Offset；其中，Offset＝(xj-xi,yj-yi,zj-zi)。

7.根据权利要求1所述的智能驾驶车辆组合导航天线偏移测量方法，其特征在于，所述激光测距仪利用激光束照射到所述组合导航中所述坐标系的原点或所述天线的中心点或垂直照射到所述底座坐标系中三个坐标轴上，获得相应的测量值。

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