CN111307108A - 运载体的姿态测量方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种运载体的姿态测量方法以及系统。其中运载体的姿态测量方法，包括：在运载体的外表面确定多个基准点；利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量，并根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息；以及根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

Description

运载体的姿态测量方法以及系统

技术领域

本申请涉及运载体姿态测量技术领域，特别是涉及一种运载体的姿态测量方法以及系统。

背景技术

目前，现有的运载体(例如飞行器)在使用前都需要进行调试，或者在使用期间需要定期进行检查。在调试和检查的过程中需要对运载体的机轴轴线进行姿态测量(即运载体的姿态测量)。现有的常用姿态测量方法，是通过姿态传感器来确定物体姿态的。但是当运载体处于调试或者检查状态时，运载体上安装的姿态传感器通常处于停用状态。因此也就无法通过姿态传感器来测量运载体的姿态。从而现有的在运载体停用的状态下，对运载体姿态测量的方法需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点。

针对在运载体停用的状态下，对运载体姿态测量的方法需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本公开提供了一种运载体的姿态测量方法以及系统，以至少解决在运载体停用的状态下，对运载体姿态测量的方法需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点的技术问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种运载体的姿态测量方法，包括：在运载体的外表面确定多个基准点；利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量，并根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息；以及根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

根据本申请的另一个方面，提供了一种运载体的姿态测量系统，包括：大地测量设备以及计算设备，其中大地测量设备用于进行与运载体的外表面确定的多个基准点相关的测量；以及计算设备与大地测量设备连接，并且配置用于：根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息；以及根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

从而根据本申请的技术方案，用户在运载体上确定多个基准点，其中多个基准点是在运载体设计时已经固定的。然后可以将大地测量设备观测不到的基准点通过对中杆引出与基准点对应的多个测量点。然后大地测量设备测量出多个测量点的坐标信息，并且计算设备可以根据所测量的测量点的坐标信息计算出对应的基准点的坐标信息。然后计算设备可以根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的横滚角、俯仰角以及航向角等姿态信息。从而用户可以使用全站仪和对中杆测量运载体上的基准点的坐标信息，然后通过计算设备根据基准点的坐标信息计算出运载体的姿态信息，达到短时间内完成运载体姿态的准确测量的效果。并且大地测量设备、对中杆以及计算设备便于携带，可以在野外完成运载体姿态的测量工作。进而解决了现有的在运载体停用的状态下，对运载体姿态测量的方法需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点的技术问题。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请实施例第一个方面所述的运载体的姿态测量方法的流程示意图；

图2A是根据本申请实施例第一个当面所述的运载体的姿态测量方法的具体过程示意图；

图2B是根据本申请实施例的第一个方面所述的运载体的水平基准点的示意图；

图2C是根据本申请实施例的第一个方面所述的运载体的航向点的示意图；

图3是根据本申请实施例第一个方面所述的对中杆的示意图；

图4A是根据本申请实施例第一个方面所述的在俯仰角和航向角为0的情况下运载体姿态信息计算中运载体位置的示意图；

图4B是根据本申请实施例第一个方面所述的计算运载体的横滚角的示意图；

图4C是根据本申请实施例第一个方面所述的在横滚角和航向角为0的情况下运载体姿态信息计算中运载体位置的示意图；

图4D是根据本申请实施例第一个方面所述的计算运载体的俯仰角的示意图；

图5是根据本申请实施例的第二个方面所述的运载体的姿态测量系统的示意图；以及

图6为地理坐标系统的示意图；

图7A为运载体的机体坐标系的示意图；

图7B为运载体的机体坐标系的另一示意图；

图8A为欧拉角的示意图；

图8B为欧拉角的另一示意图；

图8C为机体坐标系统与地理坐标系相对关系的示意图；

图9A为大地测量设备坐标系(全站仪坐标系)的示意图；

图9B为全站仪坐标系统(大地测量设备坐标系)与大地坐标系相对关系的示意图；以及

图9C为自由姿态坐标的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图1是根据本申请实施例第一个方面所述的运载体的姿态测量方法的示意图，参考图1所示，提供了一种运载体的姿态测量方法，包括：

S102：在运载体的外表面确定多个基准点

S104：利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量，并根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息；以及

S106：根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

具体地，参考图1至图2C所示，在用户需要对运载体(例如飞行器)进行姿态测量的情况下，用户需要在运载体的外表面确定多个基准点(S102)。其中例如运载体的框架结构是刚性的，不会轻易发生形变，因此可以在刚性的框架结构上选取基准点，从而保证基准点相对于机轴的位置不会发生改变。参考图2B和图2C所示，例如可以在运载体的机身上设置水平基准点A、水平基准点B、水平基准点C、航向基准点A’以及航向基准点B’等五个基准点。其中水平基准点C与水平基准点B关于机轴对称。由于这五个基准点均设置于运载体的框架结构上，因此无论运载体姿态如何改变，这五个基准点的相对位置不会发生改变，与机轴的位置关系也固定不变。因此在对该运载体进行姿态测量的情况下，可以选取以上五个基准点作为该运载体的基准点。此外，这五个基准点中的水平基准点A、水平基准点B、水平基准点C在运载体为顶平状态下，分布于同一个水平平面上。航向基准点A’和航向基准点B’为传统的航向基准点(位于运载体的机体下表面)。通过该五个基准点位于机体坐标系的固定位置这一关系，只要这五个基准点的坐标已知，即能通过基准点的坐标信息与机轴和机轴面的关系，计算运载体在坐标系下的机轴和机轴面位置，即可得知该机体的在此坐标系下的姿态参数。

进一步地，参考图2A，用户可以利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量，并根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息(S104)。其中大地测量设备可以但不限于是全站仪，其中全站仪例如可以用来测量目标对象的坐标信息。

进一步地，计算设备可以根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息(S106)。其中运载体的姿态信息例如可以包括运载体在空间中的横滚角、俯仰角以及航向角等。

正如背景技术中所述的，现有的运载体(例如飞行器)在使用前都需要进行调试，或者在使用中需要定期进行检查。在调试和检查的过程中需要对运载体的机轴轴线进行姿态测量(即运载体的姿态测量)。现有的常用姿态测量方法，是通过姿态传感器来确定物体姿态的。但是当运载体处于调试或者检查状态时，运载体上安装的姿态传感器通常处于停用状态。因此也就无法通过姿态传感器来测量运载体的姿态。从而现有的在运载体停用的状态下，对运载体姿态测量的方法需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点。

有鉴于此，根据本实施例的技术方案，用户在运载体上确定多个基准点，其中多个基准点是在运载体设计时已经固定的。然后利用大地测量设备测量出多个基准点的坐标信息。然后可以根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的横滚角、俯仰角以及航向角等姿态信息。从而用户可以使用大地测量设备测量运载体上的基准点的坐标信息，然后根据基准点的坐标信息计算出运载体的姿态信息，达到短时间内完成运载体姿态的准确测量的效果。并且大地测量设备便于携带，可以在野外完成运载体姿态的测量工作。进而解决了在运载体停用的状态下，对运载体姿态测量的方法需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点的技术问题。

可选地，多个基准点包括关于运载体的轴线对称的第一基准点和第二基准点，并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息的操作，包括：根据第一基准点和第二基准点的坐标信息，确定运载体的横滚角。

具体地，参考图2A和图2B所示，多个基准点包括关于运载体的轴线对称的第一基准点和第二基准点(例如图2B中的水平基准点B和水平基准点C)。并且计算设备可以根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息，例如计算设备根据第一基准点和第二基准点的坐标信息，确定运载体的横滚角。从而通过关于运载体的轴线对称的第一基准点和第二基准点，进而可以得出运载体的横滚角的姿态信息。

参考图4A所示，运载体所在位置如图4A所示，机头的方向为x轴的反方向。在运载体的俯仰角信息和航向角信息为0的情况下，根据水平基准点B和水平基准点C，确定运载体横滚角φ的姿态信息的计算公式如下：

参考图4B所示，因为运载体的俯仰角信息和航向角信息为0，所以根据水平基准点在B和C就可以求出运载体的横滚角信息。其中B1(Yb，Zb)为水平基准点B在y0z平面上的投影点，并且C1(Yc，Zc)为运载体水平基准点C在y0z上的投影。

可选地，多个基准点包括沿运载体纵向布置的第三基准点和第四基准点，并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息的操作，包括：根据第三基准点和第四基准点的坐标信息，确定运载体的俯仰角。

具体地，参考图2A和2B所示，多个基准点包括沿运载体纵向布置的第三基准点和第四基准点(例如图2B中的水平基准点A和水平基准点B)。并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息，例如可以根据第三基准点和第四基准点的坐标信息，确定运载体的俯仰角。从而通过运载体纵向布置的第三基准点和第四基准点，进而可以得出运载体的俯仰角的姿态信息。

参考图4C和图4D所示，在运载体的横滚角信息和航向角信息为0的情况下，根据水平基准点A和水平基准点B，确定运载体俯仰角θ的姿态信息的计算公式如下：

参考图4D所示，因为运载体的横滚角信息和航向角信息为0，所以根据水平基准点在A和B就可以求出运载体的俯仰角信息。其中B2(Xb，Zb)为水平基准点B在x0z平面上的投影点，并且A2(Xa，Za)为运载体水平基准点A在xoz上的投影。

可选地，多个基准点包括第一部分基准点，并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息的操作，包括：根据第一部分基准点的坐标信息，确定与运载体相关联的基准平面的平面信息，其中基准平面与运载体的机体平面平行，并且机体平面在运载体处于顶平状态的情况下为水平分布的平面；以及根据平面信息，确定运载体的姿态信息。

具体地，参考图2B所示，多个基准点包括第一部分基准点。其中第一部分基准点可以是在与运载体平行的平面上的三个点，例如图2中的A、B和C点。并且计算设备根据多个坐标信息，确定运载体的姿态信息。例如可以根据第一部分基准点的坐标信息，确定与运载体相关联的基准平面的平面信息，其中基准平面与运载体的机体平面平行，并且机体平面在运载体处于顶平状态的情况下为水平分布的平面。然后计算设备根据平面信息，确定运载体的俯仰角和横滚角。其中平面信息可以包括基准平面的方程。

进一步地，设水平基准点A(x_ap,y_ap,z_ap)、水平基准点B(x_bp,y_bp,z_bp)、水平基准点C(x_cp,y_cp,z_cp)、航向基准点A'(x_ah,y_ah,z_ah)、航向基准点B'(x_bh,y_bh,z_bh)。

则平面方程求解：由运载体的结构可知，水平基准点A、水平基准点B、水平基准点C始终在一个平面上，通过坐标模型不难发现此平面平行于运载体的机体平面，且该机体平面能代表运载体机体的俯仰和横滚姿态，对该机体平面进行计算，求出平面方程：

水平向量

水平向量

该平面的法向量

平面向量叉乘计算：

设

其中a_x、a_y、a_z、b_x、b_y以及b_z为常量系数。

根据向量的叉乘，得到该平面的法向量，设为

从而可以利用该法向量求取该机体平面的姿态信息，并且利用该机体平面的姿态信息获取运载体的姿态信息。

此外，还可以用迭代法计算基准平面的平面方程：

平面方程的一般表达式为：

Ax+By+Cz+1＝0，(C≠0)

记：

则：z＝a₀x+a₁y+a₂

平面方程拟合：

对于一系列的n个点(n≥3)：

(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1

要用点(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1拟合计算上述平面方程，则使：

最小。

要使得S最小，应满足：

k＝0,1,2

即：

有，

或，

解上述线形方程组，得：a₀,a₁,a₂

即：z＝a₀x+a₁y+a₂

同理可求当平面方程设为Ax+By+C＝Z时，此方程的迭代解。从而也可以利用该方程公式来确定运载体的姿态信息。

可选地，多个基准点还包括位于基准平面之外的第二部分基准点，并且根据平面信息，确定运载体的姿态信息的操作，还包括：根据平面信息以及第二部分基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

具体地，参考图2B和图2C所示，多个基准点还包括位于基准平面之外的第二部分基准点(例如可以是图2C中所示的航向基准点A’和航向基准点B’)。并且根据多个坐标信息，确定运载体的姿态信息，例如可以根据平面信息以及第二部分基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

具体地，将根据上面内容该计算的法向量

带入水平测量点B坐标可得该平面的平面方程：

x_n·x+y_n·y+z_n·z+D＝0其中D＝-(x_n·x_bp+y_n·y_bp+z_n·z_bp)

水平基准点B和水平基准点C关于运载体的机轴对称，依据其机械机构的特点，与垂直于地心的

结合，可计算运载体的横滚角信息：

横滚角

计算运载体的俯仰角信息和航向角信息需要借助机腹下两点。

将机腹下的航向基准点投影到水平基准点所在的平面上，利用投影后的航向向量进行俯仰角和航向角的姿态计算。

设航向基准点A’的投影坐标为A(x_a,y_a,z_a)，航向基准点B’的投影坐标为B(x_b,y_b,z_b)。

点到平面的投影坐标计算：

由

可知：

因A(x_a,y_a,z_a)为平面上的点，满足平面方程x_n·x_a+y_n·y_a+z_n·z_a+D＝0，带入求得

的值，反带入求得投影坐标A(x_a,y_a,z_a)和B(x_b,y_b,z_b)的值。

投影向量

利用其与垂直于地心的

的关系可计算俯仰角θ，利用垂直于地心的

的关系可计算在全站仪坐标系下的航向角。

进一步地，计算航向角ψ时，需要将该投影向量和全站仪放在同一平面上，即将投影向量的高差设为零。即

其中此航向角是机轴与全站仪坐标系(大地测量设备是全站仪的情况下)N方向的夹角，在此基础上依据全站仪建坐标系时N方向与地磁北的夹角

从而可以推算出机轴与地磁北向的夹角。进而通过以上的求解过程可以计算运载体的横滚角、俯仰角以及航向角的姿态信息。

可选地，还包括：在运载体上设置分别与多个基准点的位置对应的多个对中杆，并且利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量的操作，包括：利用大地测量设备测量多个对中杆上的测量点的坐标信息。

具体地，参考图3所示，运载体的姿态测量方法还包括，可以在运载体上设置分别与多个基准点的位置对应的多个对中杆。由于将大地测量设备放置在运载体的一侧，因此大地测量设备观测不到的基准点(例如位于运载体另一侧以及运载体腹部的基准点)可以用对中杆引出。并且用户利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量的操作，可以利用大地测量设备测量多个对中杆上的测量点(利用对中杆引出的基准点对应的测量点)的坐标信息。从而用户可以通过对中杆将大地测量设备观测不到的基准点向下引出和该基准点对应的测量点，然后通过大地测量设备测量出测量点的坐标信息，进而完成运载体姿态信息的测量。

此外，参考图3所示，对中杆头部安装有对准部件，可准确定位对中杆的高度，下部有精确的尺寸刻线，保证全站仪能够测量到与机轴有准确对应关系的测量点，使用时将引出杆在铅垂状态下自然静止，保证对中杆在每个测量点的状态一致，才能保证测量的数据能够精确反映运载体的姿态。为了适应不同位置的基准点，设计了一长一短两种对中杆，如图3所示。长杆2可以支在地面上，短杆1需要手持顶住测量点。

可选地，根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息的操作，包括：根据测量点的坐标信息，确定基准点的坐标信息。

具体地，计算设备可以根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息，例如计算设备根据大地测量设备测量出的测量点的坐标信息，通过转换和计算等操作确定基准点的坐标信息。从而用户可以利用大地测量设备测量对中杆引出的与基准点对应的测量点的坐标信息，进而完成运载体姿态信息的测量。

此外，图5示出了运载体的姿态测量系统的示意图，根据本实施例第二个方面所述的，提供了一种运载体的姿态测量系统，包括：大地测量设备以及计算设备，其中大地测量设备用于进行与运载体的外表面确定的多个基准点相关的测量；以及计算设备与大地测量设备连接，并且配置用于：根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息；以及根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

可选地，多个基准点包括关于运载体的轴线对称的第一基准点和第二基准点，并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息的操作，包括：根据第一基准点和第二基准点的坐标信息，确定运载体的横滚角。

可选地，多个基准点包括沿运载体纵向布置的第三基准点和第四基准点，并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息的操作，包括：根据第三基准点和第四基准点的坐标信息，确定运载体的俯仰角。

可选地，多个基准点包括第一部分基准点，并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息的操作，包括：根据第一部分基准点的坐标信息，确定与运载体相关联的基准平面的平面信息，其中基准平面与运载体的机体平面平行，并且机体平面在运载体处于顶平状态的情况下为水平分布的平面；以及根据平面信息，确定运载体的姿态信息。

可选地，多个基准点还包括位于基准平面之外的第二部分基准点，并且根据平面信息，确定运载体的姿态信息的操作，还包括：根据平面信息以及第二部分基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

可选地，大地测量设备的测量结果为设置于运载体上的多个对中杆上的测量点的坐标信息，其中多个对中杆分别与多个基准点的位置对应。

可选地，根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息的操作，包括：根据测量点的坐标信息，确定基准点的坐标信息。

从而根据本实施例的技术方案，用户在运载体上确定多个基准点，其中多个基准点是在运载体设计时已经固定的。然后可以将大地测量设备观测不到的基准点通过对中杆引出与基准点对应的因此得到多个测量点。然后大地测量设备测量出多个测量点的坐标信息，并且计算设备可以根据所测量的测量点的坐标信息计算出对应的基准点的坐标信息。然后计算设备可以根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的横滚角、俯仰角以及航向角等姿态信息。从而用户可以使用全站仪和对中杆测量运载体上的基准点的坐标信息，然后通过计算设备根据基准点的坐标信息计算出运载体的姿态信息，达到短时间内完成运载体姿态的准确测量的效果。并且大地测量设备、对中杆以及计算设备便于携带，可以在野外完成运载体姿态的测量工作。进而解决了现有技术中存在的现有的对运载体姿态测量的方法耗时长、程序复杂、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作的技术问题。

此外，关于坐标系建立计算方法的根本依据是运载体不管处于任何位置，其姿态是一种机体坐标系与地理坐标系之间的关系表征，要计算运载体姿态信息首先要建立坐标系并确立各坐标系的转换关系。

进一步地，图6为地理坐标系统的示意图，参考图6所示地理坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系是大地测量的基本坐标系，其大地经度L、大地纬度B和大地高H为此坐标系的3个坐标分量。①在地面上选一点O_g；②使X_g轴在水平面内并指向纬度；③Z_g轴垂直于地面并指向地心；④Y_g轴在水平面内垂直于X_g轴，其指向按右手定则确定。

进一步地，图7A和图7B为运载体的机体坐标系的示意图，参考图7A和图7B所示，机体坐标系是指固定在飞行器或者运载体上的遵循右手法则的三维正交直角坐标系，其原点位于飞行器的质心，OX轴位于飞行器参考平面内平行于机身轴线并指向飞行器前方，OY轴垂直于飞行器参考面并指向飞行器右方，OZ轴在参考面内垂直于XOY平面，指向航空器下方。①原点O取在运载体质心处，坐标系与运载体固连；②X轴在运载体对称平面内并平行于运载体的设计轴线指向机头；③Y轴垂直于运载体对称平面指向机身右方；④Z轴在运载体对称平面内，与X轴垂直并指向机身下方。

进一步地，图8A和图8B为所述欧拉角的示意图，参考图8A和图8B所示，欧拉角/姿态角(EulerAngle)包括①俯仰角θ(pitch)，机体坐标系X轴与水平面的夹角。当X轴的正半轴位于过坐标原点的水平面之上(抬头)时，俯仰角为正，否则为负。②偏航角ψ(yaw)(航向角)，机体坐标系X_b轴在水平面上投影与地理坐标系X_g轴(在水平面上，指向目标为正)之间的夹角，由X_g轴逆时针转至机体X_b的投影线时，偏航角为正，即机头右偏航为正，反之为负。③横滚角Φ(roll)，机体坐标系Z_b轴与通过机体X_b轴的铅垂面间的夹角，机体向右滚为正，反之为负。图8C示出了机体坐标系统与地理坐标系相对关系，参考图8C所示，机体坐标系与地理坐标系的关系是三个Euler角，反应了运载体相对地面的姿态。当运载体在顶平状态时，机体坐标系与大地坐标系在垂直方向上平行，只在水平方向上存在夹角，即为航向角，此时运载体横滚角和俯仰角为零。

进一步地，图9A示出了大地测量设备坐标系(全站仪坐标系)的示意图，参考图9A所示，全站仪的独立坐标系，三轴相交中两个轴平行于水平面，一个轴垂直于水平面。①在地面上选一点O；②使N(X)轴在水平面内并指向某一方向；③Z轴垂直于地面并指向地心；④E(Y)轴在水平面内垂直于N(X)轴，其指向按右手定则确定；由此可以看出，全站仪坐标系和大地坐标系同样在垂直方向上平行，水平方向存在夹角。并且图9B示出了全站仪坐标系统与大地坐标系相对关系的示意图，参考图9B所示，由此可知当运载体处于顶平状态下，垂直方向上大地坐标系、机体坐标系和全站仪坐标系互相平行，在水平方向上各存夹角。通过简单的坐标系转换，任意其他两个坐标系均可由第三个坐标系进行表示，由此基础可以对这三个坐标系进行坐标系间的坐标转换，并在此基础上完成全站仪的测量以及对运载体任意状态下的姿态计算。并且图9C示出了自由姿态坐标的示意图，参考图9C所示，运载体处于自由姿态时，运载体状态如图9C所示，运载体在大地坐标系下的自由姿态参数，可借助大地坐标系与全站仪坐标系的转化，通过全站仪的数据测量计算得到。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种运载体的姿态测量方法，其特征在于，包括：

在所述运载体的外表面确定多个基准点；

利用大地测量设备进行与所述多个基准点相关的测量，并根据所述大地测量设备的测量结果确定所述多个基准点的坐标信息；以及

根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个基准点包括关于所述运载体的轴线对称的第一基准点和第二基准点，并且根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息的操作，包括：

根据所述第一基准点和所述第二基准点的坐标信息，确定所述运载体的横滚角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个基准点包括沿所述运载体纵向布置的第三基准点和第四基准点，并且根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息的操作，包括：

根据所述第三基准点和所述第四基准点的坐标信息，确定所述运载体的俯仰角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个基准点包括第一部分基准点，并且根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息的操作，包括：

根据所述第一部分基准点的坐标信息，确定与所述运载体相关联的基准平面的平面信息，其中所述基准平面与所述运载体的机体平面平行，并且所述机体平面在所述运载体处于顶平状态的情况下为水平分布的平面；以及

根据所述平面信息，确定所述运载体的姿态信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个基准点还包括位于所述基准平面之外的第二部分基准点，并且根据所述平面信息，确定所述运载体的姿态信息的操作，还包括：

根据所述平面信息以及所述第二部分基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述运载体上设置分别与所述多个基准点的位置对应的多个对中杆，并且利用大地测量设备进行与所述多个基准点相关的测量的操作，包括：

利用所述大地测量设备测量所述多个对中杆上的测量点的坐标信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述大地测量设备的测量结果确定所述多个基准点的坐标信息的操作，包括：

根据所述测量点的坐标信息，确定所述基准点的坐标信息。

8.一种运载体的姿态测量系统，其特征在于，包括：大地测量设备以及计算设备，其中

所述大地测量设备用于进行与所述运载体的外表面确定的多个基准点相关的测量；以及

所述计算设备与所述大地测量设备连接，并且配置用于：

根据所述大地测量设备的测量结果确定所述多个基准点的坐标信息；以及

根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多个基准点包括关于所述运载体的轴线对称的第一基准点和第二基准点，并且根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息的操作，包括：

根据所述第一基准点和所述第二基准点的坐标信息，确定所述运载体的横滚角。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多个基准点包括沿所述运载体纵向布置的第三基准点和第四基准点，并且根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息的操作，包括：

根据所述第三基准点和所述第四基准点的坐标信息，确定所述运载体的姿态信息。

Images