CN111736109B - 室内定位系统接收器及利用其进行精度评价的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内定位系统接收器及利用其进行精度评价的方法，该接收器的本体呈球冠状，内部有容腔；线路板上设有传感器和配套电路，传感器接收外部信号并将信号转化为电信号传递至配套电路解析，配套电路将解析到的结果以稳定的电信号向外传输；线路板安装在本体的容腔内，且传感器中心设置于本体的球心位置；端盖与本体闭合，且在传感器处为透明保护玻璃。利用其进行精度评价时，先用激光跟踪仪建立若干已知点，再将接收器置于已知点，利用室内定位系统的发射器发送信号，求取各控制点坐标；再求取各控制点的坐标偏差。该室内定位系统接收器兼顾激光器靶球外壳结构，既能满足室内定位系统标定要求，也能满足精度评价要求。

Description

室内定位系统接收器及利用其进行精度评价的方法

技术领域

本发明涉及精密测量领域，具体涉及一种室内定位系统接收器及利用其进行精度评价的方法。

背景技术

精密测量领域，激光跟踪仪因其高精度、高可靠性等特点已成为标准化仪器，应用于低精度系统的标定、精度评价等。激光跟踪仪接收模块为球形结构，为了通过激光跟踪仪对其他测量系统进行检测与校准，其他测量系统的接收模块同样需要兼顾球形结构以实现互换性，例如摄影测量的鸟巢量块。然而，大部分测量系统接收单元具有不同的产品形态，而非球形结构的接收器。以室内定位系统为例，其采用射频模块、光敏元件等传感器作为接收模组，无法与激光跟踪仪兼容，因此如何将一系列传感器精确调整到球心是其使用激光跟踪仪检测、校准系统精度关键因素。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种室内定位系统接收器及利用其进行精度评价的方法，其能兼顾激光器靶球外壳结构，在相同安装位置替换激光器靶球，既能满足室内定位系统标定要求，也能满足精度评价要求。

为此，本发明的技术方案如下：

一种室内定位系统接收器，包括本体、线路板、传感器和端盖；

所述本体呈球冠状；其内部形成有容腔；

所述线路板上设有传感器和配套电路，所述传感器接收外部信号并将信号转化为电信号传递至配套电路解析，所述配套电路将解析到的结果以稳定的电信号向外传输；

所述线路板的形状与容腔相匹配，其安装在所述本体的容腔内，且线路板上传感器中心位置设置于所述本体的球心位置；

所述端盖与本体闭合后将线路板密封在其中，所述端盖在对应传感器位置处为透明结构。

进一步，所述透明结构为光学玻璃，用于保护内部结构。更进一步，为了抵消端盖上光学玻璃对影像测量的影响，利用如下公式修正传感器z向位置偏差：L＝d(1-1/n)；

其中：L为增加光学玻璃后产生的偏差；d为光学玻璃的厚度，n为光学玻璃的折射率。

进一步，所述传感器为光敏元件或声敏元件。

光敏元件是利用特定材料将光信号转换为电信号的器件，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

声敏元件是一种将在气体、液体或固体中传播的机械振动转换成电信号的器件。

进一步，将传感器中心位置设置于本体的球心位置时使用调整平台进行，该调整平台由三自由度移动平台、抓手和球座组成；所述抓手的位置由三自由度移动平台进行x、y、z三方向调整；所述球座用于固定所述室内定位系统接收器的本体；

具体调整方法包括如下步骤：

1)将所述调整平台放置在影像仪测量平台上，利用影像仪对接收器本体表面至少四个点进行测量，通过最小二乘法拟合，获取影像仪坐标系下所述本体的球心坐标；

2)所述抓手抓住线路板，在影像仪坐标系下，利用三自由度移动平台移动抓手，通过影像测量功能测量传感器中心位置坐标，并将传感器中心位置移动至球心坐标位置处，完成移动后固定线路板。

进一步，线路板上传感器中心位置设置于所述本体的球心位置的确定方法包括如下步骤：

1)装配多个室内定位系统接收器，其差别仅在线路板上传感器在本体内z轴方向上位置不同，x轴、y轴所在平面为线路板平面；

2)分别将所述多个室内定位系统接收器安装在检测位置并按照预设轨迹旋转、在多个固定位置接收发射器发送来的信号并存储；

对单个室内定位系统接收器，以其第一次接收的发射器发送来的信号所求得的位置数据为基准数据，以其他各个固定位置接收的发射器发送来的信号所求得的位置数据减去基准数据的平方之和为单个所述室内定位系统接收器的位置偏差量；

3)比较获取位置偏差量最小的室内定位系统接收器，以其z轴数据为球心位置的z轴数据。

利用如上所述室内定位系统接收器对室内定位系统进行精度评价的方法，包括以下步骤：

1)利用激光跟踪仪建立若干三维坐标已知的控制点，构成三维坐标控制场，各控制点均设置有球座；

2)将置于球座上的激光跟踪仪的靶球替换为所述室内定位系统接收器，利用室内定位系统的发射器发送信号，求取各控制点坐标；该室内定位系统接收器半径与激光跟踪仪半径相等；

3)通过刚体变换原理将坐标系转换至激光跟踪仪坐标系，求取各控制点的坐标偏差，完成室内定位系统的精度评价。

使用时，控制点为球座形式，为减少外部环境对控制场精度影响，控制点必须安放在室内牢固的承重梁或天花板上，标定或测量过程中，激光跟踪仪靶球分别放置在控制点上，记录控制点坐标，最终完成高精度控制场建立。标定过程中使用高精度控制场作为基准坐标集合；精度评价过程中，使用其他系统接收球依次测量控制点坐标，并通过刚体变换原理将坐标系转换至激光跟踪仪坐标系，完成最终精度评价。

该室内定位系统接收器本体采用与激光跟踪仪靶球相同尺寸的球壳，故而可以安装在相同的球座上，且能保证精度。由于接收器中的传感器(射频模块、光敏元件)为接收外部信号的核心器件，其位置需要严格处于球心位置，理想情况的传感器调节至球心处，旋转接收球，传感器位置一直处于球心位置，接收数据不随接收球旋转发生变化，即变化量为O，本申请还提供了将接收器中传感器调节至球心的方法、误差补偿的方法，以保证该室内定位系统接收器在标定、精度评价过程中的应用。

附图说明

图1a、1b为具体实施方式中室内定位系统接收器本体的结构图；

图2为具体实施方式中将传感器中心位置调整至本体的球心位置时使用的设备及安装结构图；

图3为具体实施方式中位置偏差L示意图；

图4为具体实施方式中接收器位置旋转示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

一种室内定位系统接收器，包括本体2、线路板1、传感器5和端盖6；

本体2呈球冠状，其内部形成有容腔；

线路板1上设有传感器和配套电路，传感器接收外部信号并将信号转化为电信号传递至配套电路解析，配套电路将解析到的结果以稳定的电信号向外传输；该传感器为光敏元件或声敏元件；

线路板的形状与容腔相匹配，其安装在本体2的容腔内，且线路板上传感器中心位置设置于本体的球心位置；

端盖与本体闭合后将线路板密封在其中，端盖在对应传感器位置处为透明结构。该透明结构为光学玻璃。

为了抵消端盖上光学玻璃对影像测量结果的影响，利用如下公式修正传感器z向位置偏差：L＝d(1-1/n)；

其中：L为增加光学玻璃后产生的偏差；d为光学玻璃的厚度，n为光学玻璃的折射率。

光敏元件是利用特定材料将光信号转换为电信号的器件，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。

声敏元件是一种将在气体、液体或固体中传播的机械振动转换成电信号的器件。

在实际生产过程中：将传感器中心位置移动至本体的球心位置时使用调整平台3进行(如图2所示)，该调整平台3由三自由度移动平台、抓手和球座组成；抓手的位置由三自由度移动平台进行x、y、z三方向调整；球座用于固定室内定位系统接收器的本体；

具体调整方法包括如下步骤：

1)将调整平台3放置在影像仪4测量平台上，利用影像仪4对接收器本体表面至少四个点进行测量，通过最小二乘法拟合，获取影像仪坐标系下本体的球心坐标；

2)所述抓手抓住线路板，在影像仪坐标系下，利用三自由度移动平台移动抓手，通过影像测量功能测量传感器中心位置坐标，并将传感器中心位置移动至球心坐标位置处，完成移动后固定线路板。

为了提高最终结果的精度，线路板上传感器中心位置设置于本体的球心位置的确定方法包括如下步骤：

1)装配多个室内定位系统接收器，其差别仅在线路板上传感器在本体内z轴方向上位置不同，x轴、y轴所在平面为线路板平面；

2)分别将多个室内定位系统接收器安装在检测位置并按照预设轨迹旋转、在多个固定位置接收发射器发送来的信号并存储；

对单个室内定位系统接收器，以其第一次接收的发射器发送来的信号所求得的位置数据为基准数据，以其他各个固定位置接收的发射器发送来的信号所求得的位置数据减去基准数据的平方之和为单个室内定位系统接收器的位置偏差量；

3)比较获取位置偏差量最小的室内定位系统接收器，以其z轴数据为球心位置的z轴数据。

利用如上室内定位系统接收器对室内定位系统进行精度评价的方法，包括以下步骤：

1)利用激光跟踪仪建立若干三维坐标已知的控制点，构成三维坐标控制场，各控制点均设置有球座；

2)将置于球座上的激光跟踪仪的靶球替换为室内定位系统接收器，利用室内定位系统的发射器发送信号，求取各控制点坐标；该室内定位系统接收器半径与激光跟踪仪半径相等；

3)通过刚体变换原理将坐标系转换至激光跟踪仪坐标系，求取各控制点的坐标偏差，完成室内定位系统的精度评价。

该室内定位系统接收器本体采用与激光跟踪仪靶球相同尺寸的球壳，故而可以安装在相同的球座上，且能保证精度。由于接收器中的传感器(射频模块、光敏元件)为接收外部信号的核心器件，其位置需要严格处于球心位置，理想情况的传感器调节至球心处，旋转接收球，传感器位置一直处于球心位置，接收数据不随接收球旋转发生变化，即变化量为O，本申请还提供了将接收器中传感器调节至球心的方法、误差补偿的方法，以保证该室内定位系统接收器在标定、精度评价过程中的应用。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (6)

1.一种室内定位系统接收器，其特征在于：包括本体、线路板、传感器和端盖；

所述本体呈球冠状，其内部形成有容腔；

所述线路板上设有传感器和配套电路，所述传感器接收外部信号并将信号转化为电信号传递至配套电路解析，所述配套电路将解析到的结果以稳定的电信号向外传输；

所述线路板的形状与容腔相匹配，其安装在所述本体的容腔内，且线路板上传感器中心位置设置于所述本体的球心位置；

所述端盖与本体闭合后将线路板密封在其中，所述端盖在对应传感器位置处为透明结构；

其中，线路板上传感器中心位置设置于所述本体的球心位置的确定方法包括如下步骤：

1)装配多个室内定位系统接收器，其差别仅在线路板上传感器在本体内z轴方向上位置不同，x轴、y轴所在平面为线路板平面；

2)分别将所述多个室内定位系统接收器安装在检测位置并按照预设轨迹旋转、在多个固定位置接收发射器发送来的信号并存储；

对单个室内定位系统接收器，以其第一次接收的发射器发送来的信号所求得的位置数据为基准数据，以其他各个固定位置接收的发射器发送来的信号所求得的位置数据减去基准数据的平方之和为单个所述室内定位系统接收器的位置偏差量；

3)比较获取位置偏差量最小的室内定位系统接收器，以其z轴数据为球心位置的z轴数据。

2.如权利要求1所述的室内定位系统接收器，其特征在于：所述透明结构为光学玻璃。

3.如权利要求1所述的室内定位系统接收器，其特征在于：所述传感器为光敏元件或声敏元件。

4.如权利要求1所述的室内定位系统接收器，其特征在于：将传感器中心位置设置于本体的球心位置时使用调整平台进行，该调整平台由三自由度移动平台、抓手和球座组成；所述抓手的位置由三自由度移动平台进行x、y、z三方向调整；所述球座用于固定所述室内定位系统接收器的本体；

具体调整方法包括如下步骤：

1)将所述调整平台放置在影像仪测量平台上，利用影像仪对接收器的本体表面至少四个点进行测量，通过最小二乘法拟合，获取影像仪坐标系下所述本体的球心坐标；

2)所述抓手抓住线路板，在影像仪坐标系下，利用三自由度移动平台移动抓手，通过影像测量功能测量传感器中心位置坐标，并将传感器中心位置移动至球心坐标位置处，完成移动后固定线路板。

5.如权利要求2所述的室内定位系统接收器，其特征在于：为了抵消端盖上光学玻璃对影像测量结果的影响，利用如下公式修正传感器z向位置偏差：L＝d(1-1/n)；

其中：L为增加光学玻璃后产生的偏差；d为光学玻璃的厚度，n为光学玻璃的折射率。

6.利用如权利要求1所述室内定位系统接收器对室内定位系统进行精度评价的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)利用激光跟踪仪建立若干三维坐标已知的控制点，构成三维坐标控制场，各控制点均设置有球座；

2)将置于球座上的激光跟踪仪的靶球替换为与其直径相同的所述室内定位系统接收器，利用室内定位系统的发射器发送信号，求取各控制点坐标；

3)通过刚体变换原理将坐标系转换至激光跟踪仪坐标系，求取各控制点的坐标偏差，完成室内定位系统的精度评价。

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