CN113624215A - 一种矿山光纤全站仪及其寻北方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿山光纤全站仪及其寻北方法，通过结合全站仪、光纤陀螺组件、悬挂与安平机构、输入/输出与控制模块，将光纤陀螺组件安装在全站仪水平旋转部，将全站仪用作精密转角平台实施方位回转，实现光纤陀螺多位置或连续旋转寻北，利用全站仪输出寻北结果及建立北向基准。根据装置设计了本发明的方法，能够通过静态寻北和动态寻北两种方法实现矿山的寻北工作，能够有效抑制光纤陀螺零漂、零漂变化和随机游走，提高了光纤陀螺数据稳定性及定向精度。
Description
技术领域
本发明属于地理寻北技术领域，尤其是一种矿山光纤全站仪及其寻北方法。
背景技术
理论上分析，利用光纤陀螺组件的萨格奈克(G·Sagnac)效应，光纤陀螺组件可用来敏感地球自转角速度的水平分量。保持光纤陀螺组件敏感轴水平，并使光纤陀螺组件敏感轴指向不同方向，采集光纤陀螺组件输出后经解算，可得出北向方位角，即可利用光纤陀螺组件寻北。
典型的光纤陀螺组件寻北设备含有光纤陀螺组件、加速度计、旋转平台及相应的伺服机构控制、水平方位码盘、控制解算单元等。其中旋转位置精度控制或连续旋转稳定性控制实现困难。寻北结果输出也要单独进行设计。因此如何进行快速寻北，实现在继续解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种矿山光纤全站仪及其寻北方法，能够通过静态寻北和动态寻北两种方法实现矿山的寻北工作，能够有效抑制光纤陀螺零漂、零漂变化和随机游走，提高了光纤陀螺数据稳定性及定向精度。
一种矿山光纤全站仪，包括悬挂与安平机构、输入/输出与控制模块、光纤陀螺组件、调平三角座和全站仪，所述全站仪设置在调平三角座上，悬挂与安平机构、输入/输出与控制模块设置于全站仪上，光纤陀螺组件设置在全站仪的水平旋转部；所述输入/输出与控制模块与光纤陀螺组件及全站仪相连接实现寻北功能。
而且，所述光纤陀螺组件的敏感轴与全站仪水平旋转轴垂直。
而且，所述调平三角座将全站仪水平旋转轴调成竖直方向，光纤陀螺组件敏感轴呈水平方向。
而且，所述输入/输出与控制模块的输入包括：全站仪的坐标系、光纤陀螺组件坐标系、寻北指令和回转指令，所述输入/输出与控制模块的输出包括：寻北结果及方位角。
一种矿山光纤全站仪的寻北方法，包括静态寻北方法和动态寻北方法。
而且，所述静态寻北方法包括两位置法、四位置法及多位置法。
而且，所述两位置法、四位置法及多位置法的采样位置数量的不同以及采样位置相隔的角度不同。
而且，所述静态寻北方法中的多位置法包括以下步骤：
步骤1.1、设定预定采样目标；
步骤1.2、根据输入的寻北指令，采集全站仪的望远镜对准目标时的光纤陀螺组件的输出和全站仪的水平角度输出；
步骤1.3、步骤1.2数据采集完毕后，判断是否还存在未检测的目标，若存在未检测的目标，根据输入的回转指令，通过全站仪的水平回转功能，针对下一个目标，旋转角度并重复步骤1.2，否则进行步骤1.4；
步骤1.4、输入/输出与控制模块对采集的所有数据解算寻北结果；
步骤1.5、根据寻北结果，计算出精确定向时的优化采样位置N个；
步骤1.5、采集全站仪的望远镜对准优化采样位置时的光纤陀螺组件的输出和全站仪的水平角度输出；
步骤1.6、步骤1.5数据采集完毕后，判断是否还存在未检测的优化采样位置，若存在未检测的优化采样位置，通过全站仪的水平回转功能，针对下一个优化采样位置，旋转角度并重复步骤1.5，否则进行步骤1.7；
步骤1.7、计算各优化采样位置检测数据的统计特性，通过光纤陀螺组件误差模型，对检测数据自适应滤波处理，最后计算精确定向的寻北结果，并通过输入/输出与控制模块进行输出；
步骤1.8、将全站仪的望远镜对准步骤1.2开始的目标，计算出目标的方位角，并通过输入/输出与控制模块进行输出。
而且，所述动态寻北方法包括以下步骤：
步骤2.1、设定预定采样目标；
步骤2.2、根据输入的寻北指令，全站仪的望远镜对准目标，并开始按照固定的方向匀速旋转；
步骤2.3、采集全站仪的水平输出；
步骤2.4、对采集的水平输出进行自适应滤波处理，并进行寻北迭代计算；
步骤2.5、判断全站仪旋转的角度，若全站仪360°×N，其中N＝1，2，3...N，则输入/输出与控制模块输出寻北结果，并将全站仪望远镜对准开始的目标，计算出目标方位角并输出，否则重复步骤2.3。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
本发明的优点和积极效果是：
本发明通过将全站仪、光纤陀螺组件、悬挂与安平机构、输入/输出与控制模块进行结合，实现光纤陀螺多位置或连续旋转寻北，利用全站仪输出寻北结果及建立北向基准。根据装置设计了本发明的方法，能够通过静态寻北和动态寻北两种方法实现矿山的寻北工作，能够有效抑制光纤陀螺零漂、零漂变化和随机游走，提高了光纤陀螺数据稳定性及定向精度。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的后视图；
图3为本发明的立体图。
附图说明：
1-悬挂与安平机构、2-输入/输出与控制模块、3-光纤陀螺组件、4-调平三角座、5-全站仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种矿山光纤全站仪，如图1、图2和图3所示，包括悬挂与安平机构1、输入/输出与控制模块2、光纤陀螺组件3、调平三角座和全站仪4，所述全站仪设置在调平三角座上，悬挂与安平机构、输入/输出与控制模块设置于全站仪上，光纤陀螺组件设置在全站仪的水平旋转部；所述输入/输出与控制模块与光纤陀螺组件及全站仪相连接实现寻北功能。
光纤陀螺组件的敏感轴与全站仪水平旋转轴垂直，利用调平三角座将全站仪水平旋转轴调成竖直方向，光纤陀螺组件敏感轴呈水平方向。利用全站仪水平回转功能及精密测角功能，将全站仪用作精密转角平台及水平旋转机构，使光纤陀螺敏感轴保持水平完成转动。本方案结构设计简单，方位回转精度高
所述输入/输出与控制模块的输入包括：全站仪的坐标系、光纤陀螺组件坐标系、寻北指令和回转指令，所述输入/输出与控制模块的输出包括：寻北结果及方位角。
一种矿山光纤全站仪的寻北方法，包括静态寻北方法和动态寻北方法。
静态寻北方法包括两位置法、四位置法及多位置法。其区别在于采样位置数量的不同，及采样位置相隔的角度不同。
多位置法包括以下步骤：
步骤1.1、设定预定采样目标；
步骤1.2、根据输入的寻北指令，采集全站仪的望远镜对准目标时的光纤陀螺组件的输出和全站仪的水平角度输出；
步骤1.3、步骤1.2数据采集完毕后，判断是否还存在未检测的目标，若存在未检测的目标，根据输入的回转指令，通过全站仪的水平回转功能，针对下一个目标，旋转角度并重复步骤1.2，否则进行步骤1.4；
步骤1.4、输入/输出与控制模块对采集的所有数据解算寻北结果，完成快速预定向；
步骤1.5、根据寻北结果，计算出精确定向时的优化采样位置N个，同时开始精确定向；
步骤1.5、采集全站仪的望远镜对准优化采样位置时的光纤陀螺组件的输出和全站仪的水平角度输出；
步骤1.6、步骤1.5数据采集完毕后，判断是否还存在未检测的优化采样位置，若存在未检测的优化采样位置，通过全站仪的水平回转功能，针对下一个优化采样位置，旋转角度并重复步骤1.5，否则进行步骤1.7；
步骤1.7、计算各优化采样位置检测数据的统计特性，通过光纤陀螺组件误差模型，对检测数据自适应滤波处理，最后计算精确定向的寻北结果，并通过输入/输出与控制模块进行输出；
步骤1.8、将全站仪的望远镜对准步骤1.2开始的目标，计算出目标的方位角，并通过输入/输出与控制模块进行输出。
动态寻北方法包括以下步骤：
步骤2.1、设定预定采样目标；
步骤2.2、根据输入的寻北指令，全站仪的望远镜对准目标，并开始按照固定的方向匀速旋转；
步骤2.3、采集全站仪的水平输出；
步骤2.4、对采集的水平输出进行自适应滤波处理，并进行寻北迭代计算；
步骤2.5、判断全站仪旋转的角度，若全站仪360°×N，其中N＝1，2，3...N，则输入/输出与控制模块输出寻北结果，并将全站仪望远镜对准开始的目标，计算出目标方位角并输出，否则重复步骤2.3。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种矿山光纤全站仪，其特征在于：包括悬挂与安平机构、输入/输出与控制模块、光纤陀螺组件、调平三角座和全站仪，所述全站仪设置在调平三角座上，悬挂与安平机构、输入/输出与控制模块设置于全站仪上，光纤陀螺组件设置在全站仪的水平旋转部；所述输入/输出与控制模块与光纤陀螺组件及全站仪相连接实现寻北功能。
2.根据权利要求1所述的一种矿山光纤全站仪，其特征在于：所述光纤陀螺组件的敏感轴与全站仪水平旋转轴垂直。
3.根据权利要求1所述的一种矿山光纤全站仪，其特征在于：所述调平三角座将全站仪水平旋转轴调成竖直方向，光纤陀螺组件敏感轴呈水平方向。
4.根据权利要求1所述的一种矿山光纤全站仪，其特征在于：所述输入/输出与控制模块的输入包括：全站仪的坐标系、光纤陀螺组件坐标系、寻北指令和回转指令，所述输入/输出与控制模块的输出包括：寻北结果及方位角。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的矿山光纤全站仪的寻北方法，其特征在于，包括静态寻北方法和动态寻北方法。
6.根据权利要求5所述的一种矿山光纤全站仪的寻北方法，其特征在于：所述静态寻北方法包括两位置法、四位置法及多位置法。
7.根据权利要求6所述的一种矿山光纤全站仪的寻北方法，其特征在于：所述两位置法、四位置法及多位置法的采样位置数量的不同以及采样位置相隔的角度不同。
8.根据权利要求5至7任一项所述的一种矿山光纤全站仪的寻北方法，其特征在于：所述静态寻北方法中的多位置法包括以下步骤：
步骤1.1、设定预定采样目标；
步骤1.2、根据输入的寻北指令，采集全站仪的望远镜对准目标时的光纤陀螺组件的输出和全站仪的水平角度输出；
步骤1.3、步骤1.2数据采集完毕后，判断是否还存在未检测的目标，若存在未检测的目标，根据输入的回转指令，通过全站仪的水平回转功能，针对下一个目标，旋转角度并重复步骤1.2，否则进行步骤1.4；
步骤1.4、输入/输出与控制模块对采集的所有数据解算寻北结果；
步骤1.5、根据寻北结果，计算出精确定向时的优化采样位置N个；
步骤1.5、采集全站仪的望远镜对准优化采样位置时的光纤陀螺组件的输出和全站仪的水平角度输出；
步骤1.6、步骤1.5数据采集完毕后，判断是否还存在未检测的优化采样位置，若存在未检测的优化采样位置，通过全站仪的水平回转功能，针对下一个优化采样位置，旋转角度并重复步骤1.5，否则进行步骤1.7；
步骤1.7、计算各优化采样位置检测数据的统计特性，通过光纤陀螺组件误差模型，对检测数据自适应滤波处理，最后计算精确定向的寻北结果，并通过输入/输出与控制模块进行输出；
步骤1.8、将全站仪的望远镜对准步骤1.2开始的目标，计算出目标的方位角，并通过输入/输出与控制模块进行输出。
9.根据权利要求5所述的一种矿山光纤全站仪的寻北方法，其特征在于：所述动态寻北方法包括以下步骤：
步骤2.1、设定预定采样目标；
步骤2.2、根据输入的寻北指令，全站仪的望远镜对准目标，并开始按照固定的方向匀速旋转；
步骤2.3、采集全站仪的水平输出；
步骤2.4、对采集的水平输出进行自适应滤波处理，并进行寻北迭代计算；
步骤2.5、判断全站仪旋转的角度，若全站仪360°×N，其中N＝1，2，3...N，则输入/输出与控制模块输出寻北结果，并将全站仪望远镜对准开始的目标，计算出目标方位角并输出，否则重复步骤2.3。
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