CN114563004B - 组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统 - Google Patents

组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统 Download PDF

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CN114563004B CN202210464356.5A CN202210464356A CN114563004B CN 114563004 B CN114563004 B CN 114563004B CN 202210464356 A CN202210464356 A CN 202210464356A CN 114563004 B CN114563004 B CN 114563004B
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Abstract

本发明涉及导航测量技术领域，公开了一种组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统。组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：基于惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取从坐标原点至电子角度测量仪的第一向量与从万向节联轴器至GNSS天线相位中心的第二向量；在第一时刻获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，在第二时刻获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于上述数据，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值。本发明系统结构简单，为组合导航算法提供在线杆臂值测量结果，降低组合导航算法复杂度，提升导航精度。

Description

组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统
技术领域
本发明涉及导航测量技术领域，尤其涉及一种组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统。
背景技术
航空遥感载荷集成了多种类型的传感器，其中包括了由惯性测量单元（InertialMeasurement Unit，IMU）和全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）构成的组合导航设备。惯性导航系统 (Inertial Navigation System，INS)是一种不依赖于外部信息的自主式导航系统，它不需要任何外来信息也不向外辐射任何信息，可在任何介质和任何环境条件下实现导航，且能输出飞机的位置、速度、方位和姿态等多种导航参数，系统的频带宽，能跟踪运载体的任何机动运动，导航输出数据平稳，短期稳定性好，但其导航精度随时间而发散，即长期稳定性差；而全球导航卫星系统输出定位精度高，不随时间发散，但其信号会被干扰或者遮挡，无法稳定地提供连续导航参数。各导航系统单独使用时是很难满足导航性能要求的，提高导航系统整体性能的有效途径是采用组合导航技术，即用两种或两种以上的非相似导航系统对同一导航信息作测量并解算以形成量测量，从这些量测量中计算出各导航系统的误差并校正之，形成了单个子系统不具备的功能和精度，提高整个系统的可靠性。为了获取高质量测量数据，需要将遥感载荷安装到三轴稳定平台上，惯性导航系统一般以惯性测量单元 (Inertial Measurement Unit，IMU)的几何中心作为导航定位或测速的参考基准，而全球导航卫星系统则以接收机天线的相位中心作为参考基准，在同时使用时，它们在安装位置上存在一定的偏差，而该偏差在实际飞机运行中会导致速度和位置测量的差异，称为杆臂误差，所以在组合导航中需要对该误差进行补偿，而在飞行过程中，三轴稳定平台会实时转动三个框架以保持成像载荷水平并指向飞机飞行方向，从而导致IMU中心与GNSS天线相位中心之间的相对方位不断发生变化，使得IMU中心与GNSS天线相位中心之间的杆臂值实时变化。
在现有的技术中，通常需在初始时对杆臂值进行测量，然后在导航算法中对杆臂值进行计算估计，该方法不仅会增加导航算法的计算量，同时由于杆臂值是一个估量值，仍会损失导航精度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统，旨在解决现有技术中杆臂值补偿方法计算量大且精度较低的技术问题。
本发明第一方面提供了一种组合导航系统杆臂值在线测量方法，应用于组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述组合导航系统杆臂值在线测量系统包括：杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连，所述组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：
所述杆臂值测量子系统基于所述载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至所述电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从所述万向节联轴器至所述GNSS天线的相位中心的向量；
所述杆臂值测量子系统在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值包括：
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二长度测量结果与所述第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量；
所述杆臂值测量子系统基于所述旋转矩阵与所述第三向量，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述杆臂值的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 627605DEST_PATH_IMAGE002
为所述杆臂值，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 443246DEST_PATH_IMAGE004
为所述第三向量。
可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量包括：
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果，计算所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述万向节联轴器的第四向量；
所述杆臂值测量子系统基于所述第二向量与所述第四向量进行计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量。
可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述第四向量的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，
Figure 28948DEST_PATH_IMAGE006
为所述第四向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为所述第一向量，
Figure 6262DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一长度测量结果，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为第一空间角，
Figure 919992DEST_PATH_IMAGE010
为第二空间角，所述第一角度测量结果包括所述第一空间角与所述第二空间角；
所述第三向量的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure 663957DEST_PATH_IMAGE012
为所述第三向量，
Figure 635324DEST_PATH_IMAGE006
为所述第四向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为所述第二向量。
可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述旋转矩阵的计算公式如下：
Figure 49119DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，
Figure 981303DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 919172DEST_PATH_IMAGE007
为所述第一向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 495778DEST_PATH_IMAGE016
为所述第二长度测量结果，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为第三空间角，
Figure 64162DEST_PATH_IMAGE018
为第四空间角，所述第二角度测量结果包括所述第三空间角与所述第四空间角。
本发明第二方面提供了一种组合导航系统杆臂值在线测量系统，包括：
杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连；
所述杆臂值测量子系统用于基于所述载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至所述电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从所述万向节联轴器至所述GNSS天线的相位中心的向量；在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
可选的，在本发明第二方面的第一种实现方式中，所述杆臂值测量子系统包括GNSS设备、载荷主控制器与电子硬件系统，其中，所述GNSS设备与所述GNSS天线相连，所述载荷设备与所述载荷主控制器相连；所述电子硬件系统包括控制器、通信接口、数据采集接口与数据存储模块，所述通信接口包括GNSS时间接收接口、GNSS脉冲接收接口、控制指令接收接口、设备状态发送接口与数据发送接口；所述数据采集接口包括角度数据采集接口与长度数据采集接口，其中，所述角度数据采集接口与所述电子角度测量仪相连，所述长度数据采集接口与所述电子伸缩尺相连。
可选的，在本发明第二方面的第二种实现方式中，所述载荷主控制器具体用于：
接收所述GNSS设备传输的导航定位数据与授时数据；
通过所述控制指令接收接口向所述控制器发送控制指令；
通过所述设备状态发送接口接收所述控制器发送的所述电子硬件系统的工作状态信息；
通过所述数据发送接口接收所述控制器发送的带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；
通过所述角度数据采集接口接收所述电子角度测量仪测量的角度测量结果；
通过所述长度数据采集接口接收所述电子伸缩尺测量的长度测量结果。
可选的，在本发明第二方面的第三种实现方式中，所述控制器具体用于：
通过所述GNSS时间接收接口接收所述GNSS设备发送的时间信息；
通过所述GNSS脉冲接收接口接收所述GNSS设备发送的脉冲信息；
通过所述控制指令接收接口接收所述载荷主控制器发送的控制指令；
通过所述设备状态发送接口向所述载荷主控制器发送所述电子硬件系统的工作状态信息；
通过所述数据发送接口向所述载荷主控制器发送带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；
通过所述角度数据采集接口接收所述电子角度测量仪测量的角度测量结果；
通过所述长度数据采集接口接收所述电子伸缩尺测量的长度测量结果；
向所述数据存储模块发送杆臂值数据以供所述数据存储模块存储。
可选的，在本发明第二方面的第四种实现方式中，所述电子伸缩尺包括电子伸缩尺固定长度部分与电子伸缩尺伸缩部分，所述电子伸缩尺固定长度部分与所述电子角度测量仪的一端相连，所述电子伸缩尺伸缩部分与所述万向节联轴器的一端相连。
可选的，在本发明第二方面的第五种实现方式中，所述伸缩杆包括伸缩杆固定长度部分与伸缩杆伸缩部分，所述万向节联轴器的另一端固定在所述伸缩杆固定长度部分，所述伸缩杆固定长度部分的底端与所述伸缩杆底座相连，所述伸缩杆伸缩部分的顶端与所述GNSS天线相连。
可选的，在本发明第二方面的第六种实现方式中，所述杆臂值测量子系统还具体用于：
基于所述第一向量、所述第二长度测量结果与所述第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；
基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量；
基于所述旋转矩阵与所述第三向量，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
可选的，在本发明第二方面的第七种实现方式中，所述杆臂值的计算公式如下：
Figure 749221DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 975935DEST_PATH_IMAGE002
为所述杆臂值，
Figure 62839DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 208650DEST_PATH_IMAGE004
为所述第三向量。
可选的，在本发明第二方面的第八种实现方式中，所述杆臂值测量子系统还具体用于：
基于所述第一向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果，计算所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述万向节联轴器的第四向量；
基于所述第二向量与所述第四向量进行计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量。
可选的，在本发明第二方面的第九种实现方式中，所述第四向量的计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，
Figure 708901DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 739305DEST_PATH_IMAGE020
为所述第一向量，
Figure 680716DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一长度测量结果，
Figure 387641DEST_PATH_IMAGE021
为第一空间角，
Figure 781714DEST_PATH_IMAGE022
为第二空间角，所述第一角度测量结果包括所述第一空间角与所述第二空间角；
所述第三向量的计算公式如下：
Figure 350229DEST_PATH_IMAGE023
；
其中，
Figure 146147DEST_PATH_IMAGE024
为所述第三向量，
Figure 23973DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 639762DEST_PATH_IMAGE025
为所述第二向量。
可选的，在本发明第二方面的第十种实现方式中，所述旋转矩阵的计算公式如下：
Figure 11969DEST_PATH_IMAGE026
；
其中，
Figure 662393DEST_PATH_IMAGE027
为所述旋转矩阵，
Figure 711120DEST_PATH_IMAGE028
为所述第一向量，
Figure 79785DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 380316DEST_PATH_IMAGE029
为所述第二长度测量结果，
Figure 760613DEST_PATH_IMAGE017
为第三空间角，
Figure 855608DEST_PATH_IMAGE030
为第四空间角，所述第二角度测量结果包括所述第三空间角与所述第四空间角。
本发明提供的技术方案中，整个组合导航系统杆臂值在线测量系统包括杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，载荷设备安装在三轴稳定平台上，电子角度测量仪安装在载荷设备表面，电子伸缩尺分别与电子角度测量仪、万向节联轴器相连，万向节联轴器固定在伸缩杆上，伸缩杆分别与伸缩杆底座、GNSS天线相连，组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：杆臂值测量子系统基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，第一向量为从直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；在第一时刻分别获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于上述向量、长度测量结果与角度测量结果，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值。本发明提供的组合导航系统杆臂值在线测量系统结构简单，制造成本低且测试方便，组合导航系统杆臂值在线测量方法可以为组合导航算法提供实时在线的杆臂值测量结果，显著降低组合导航算法的计算复杂度，减小计算量的同时提高了导航精确度。
附图说明
图1为本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量方法的一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量方法的另一个实施例示意图；
图3为本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统的一个几何示意图；
图4为本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量系统的一个实施例示意图；
图5为本发明实施例中杆臂值在线测量装置的一个实施例示意图；
图6为本发明实施例中杆臂值测量子系统的一个实施例示意图；
附图标记：J-1、载荷设备；J-2、三轴稳定平台；J-3、电子角度测量仪；J-4、电子伸缩尺；J-5、万向节联轴器；J-6、伸缩杆；J-7、GNSS天线；J-8、伸缩杆底座；J-4-1、电子伸缩尺固定长度部分；J-4-2、电子伸缩尺伸缩部分；J-6-1、伸缩杆固定长度部分；J-6-2、伸缩杆伸缩长度部分；D-1、GNSS设备；D-2、载荷主控制器；D-3、通信接口；D-4、控制器；D-5、数据存储模块；D-6、数据采集接口；D-3-1、GNSS时间接收接口；D-3-2、GNSS脉冲接收接口；D-3-3控制指令接收接口；D-3-4、设备状态发送接口；D-3-5、数据发送接口；D-6-1、角度数据采集接口；D-6-2、长度数据采集接口。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统，本发明提供的组合导航系统杆臂值在线测量系统结构简单，制造成本低且测试方便，组合导航系统杆臂值在线测量方法可以为组合导航算法提供实时在线的杆臂值测量结果，显著降低组合导航算法的计算复杂度，减小计算量的同时提高了导航精确度。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）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数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，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。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量方法的一个实施例包括：
101、杆臂值测量子系统基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；
本实施例中，该组合导航系统杆臂值在线测量方法应用于组合导航系统杆臂值在线测量方法系统，组合导航系统杆臂值在线测量系统包括：杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，载荷设备安装在三轴稳定平台上，电子角度测量仪安装在载荷设备表面，电子伸缩尺分别与电子角度测量仪、万向节联轴器相连，万向节联轴器固定在伸缩杆上，伸缩杆分别与伸缩杆底座、GNSS天线相连。
本实施例中，杆臂值测量子系统是收集数据并基于收集的数据进行杆臂值计算的系统。
本实施例中，载荷设备是航空遥感系统所需使用的多种类型的传感器的集成，包括但不限于惯性测量单元和全球导航卫星系统构成的组合导航设备、面阵相机、线阵激光雷达、高光谱相机。
本实施例中，惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。
本实施例中，直角坐标系是载荷设备在初始状态下惯性测量单元定义的直角坐标系O-XYZ，在飞机飞行过程中，该直角坐标系会发生转动。
本实施例中，电子角度测量仪是能够测量水平角与竖直角的角度测量设备，可以测量±90范围的角度变化。
本实施例中，万向节联轴器是一种通用的传动基础件，它的主要特点为是可联接在不同一轴线的两传动轴系，并能可靠地传递转矩和运动，万向节联轴器具有承载力高，使用寿命长，运转平稳、无噪音，轴向补偿量大、维护保养简单等优点。
本实施例中，GNSS天线主要用于同频转发系统作发射天线使用，天线由天线罩、微带辐射器、底板和高频输出插座等部分组成，用于导航、定位系统作接收天线使用，GNSS天线的相位中心是GNSS天线电磁辐射的等效点源的位置。
本实施例中，三轴稳定平台三轴惯性稳定平台通过基座固连于飞行载体，支撑并稳定遥感成像载荷，能有效隔离运动载体扰动，使得惯性测量单元相对于惯性空间保持稳定，同时隔离多源干扰对遥感成像载荷视轴的影响，提高遥感载荷对地指向精度。
本实施例中，电子伸缩尺是可伸缩的用于测量长度的传感器，可以测量范围为50~200厘米，电子伸缩尺在初始安装时应尽量保持与机舱甲板平行。
本实施例中，伸缩杆是带有刻度的，可以读取当前伸缩杆的高度和万向节联轴器的固定位置，伸缩杆在初始安装时应与飞机甲板垂直。
102、所述杆臂值测量子系统在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；
本实施例中，第一角度测量结果与第二角度测量结果均包括水平角与竖直角，其中，水平角是相对于直角坐标系Y轴的水平角度，竖直角是相对于直角坐标系O-XY平面的竖直角度。
103、所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
本实施例中，惯性测量单元的几何中心即直角坐标系的原点O，GNSS天线相位中心相对于原点O的位置即杆臂值。
本发明实施例中，整个组合导航系统杆臂值在线测量系统包括杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，载荷设备安装在三轴稳定平台上，电子角度测量仪安装在载荷设备表面，电子伸缩尺分别与电子角度测量仪、万向节联轴器相连，万向节联轴器固定在伸缩杆上，伸缩杆分别与伸缩杆底座、GNSS天线相连，组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：杆臂值测量子系统基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，第一向量为从直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；在第一时刻分别获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于上述向量、长度测量结果与角度测量结果，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值。本发明提供的组合导航系统杆臂值在线测量系统结构简单，制造成本低且测试方便，组合导航系统杆臂值在线测量方法可以为组合导航算法提供实时在线的杆臂值测量结果，显著降低组合导航算法的计算复杂度，减小计算量的同时提高了导航精确度。
请参阅图2，本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量方法的另一个实施例包括：
201、杆臂值测量子系统基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；
本实施例中，该组合导航系统杆臂值在线测量方法应用于组合导航系统杆臂值在线测量方法系统，组合导航系统杆臂值在线测量系统包括：杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，载荷设备安装在三轴稳定平台上，电子角度测量仪安装在载荷设备表面，电子伸缩尺分别与电子角度测量仪、万向节联轴器相连，万向节联轴器固定在伸缩杆上，伸缩杆分别与伸缩杆底座、GNSS天线相连。
本实施例中，电子伸缩尺与电子角度测量仪的连接处是可以以电子角度测量仪中心为原点，在水平和竖直方向转动的。
202、所述杆臂值测量子系统在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；
203、所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二长度测量结果与所述第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；
本实施例中，原坐标系即上述直角坐标系。
可选的，在一实施例中，所述旋转矩阵的计算公式如下：
Figure 570623DEST_PATH_IMAGE031
；
其中，
Figure 674845DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 921368DEST_PATH_IMAGE007
为所述第一向量，
Figure 452843DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 655154DEST_PATH_IMAGE032
为所述第二长度测量结果，
Figure 31909DEST_PATH_IMAGE017
为第三空间角，
Figure 386798DEST_PATH_IMAGE018
为第四空间角，所述第二角度测量结果包括所述第三空间角与所述第四空间角。其中，旋转矩阵
Figure 823596DEST_PATH_IMAGE003
的下标1表示原坐标系、上标2表示新坐标系，旋转矩阵
Figure 513203DEST_PATH_IMAGE003
表示向量从原坐标系旋转到新坐标系产生的旋转矩阵。
本实施例中，第三空间角是电子角度测量仪在第二时刻测得的竖直角，第四空间角是电子角度测量仪在第二时刻测得的水平角。
204、所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量；
可选的，在一实施例中，上述步骤204包括：
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果，计算所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述万向节联轴器的第四向量；
所述杆臂值测量子系统基于所述第二向量与所述第四向量进行计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量。
可选的，在一实施例中，所述第四向量的计算公式如下：
Figure 693649DEST_PATH_IMAGE033
；
其中，
Figure 558836DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 41901DEST_PATH_IMAGE028
为所述第一向量，
Figure 828592DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一长度测量结果，
Figure 937362DEST_PATH_IMAGE021
为第一空间角，
Figure 391477DEST_PATH_IMAGE034
为第二空间角，所述第一角度测量结果包括所述第一空间角与所述第二空间角；
所述第三向量的计算公式如下：
Figure 311023DEST_PATH_IMAGE035
；
其中，
Figure 585009DEST_PATH_IMAGE024
为所述第三向量，
Figure 372837DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 806092DEST_PATH_IMAGE025
为所述第二向量。
本实施例中，第一空间角是电子角度测量仪在第一时刻测得的竖直角，第二空间角是电子角度测量仪在第一时刻测得的水平角。
205、所述杆臂值测量子系统基于所述旋转矩阵与所述第三向量，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
可选的，在一实施例中，所述杆臂值的计算公式如下：
Figure 755594DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 657822DEST_PATH_IMAGE002
为所述杆臂值，
Figure 718182DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 537102DEST_PATH_IMAGE004
为所述第三向量。
Figure 657505DEST_PATH_IMAGE004
表示在原坐标系下的向量，
Figure 781450DEST_PATH_IMAGE002
表示在新坐标系下的向量，其中，上标1、2分别对应原坐标系和新坐标系。
本发明实施例中，杆臂值测量子系统基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，第一向量为从直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；在第一时刻分别获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于第一向量、第二长度测量结果与第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；基于第一向量、第二向量、第一长度测量结果与第一角度测量结果进行向量计算，得到直角坐标系下从坐标原点至GNSS天线的相位中心的第三向量；基于旋转矩阵与第三向量，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值。本发明组合导航系统杆臂值在线测量方法可以为组合导航算法提供实时在线的杆臂值测量结果，通过简单的三角函数计算即可得到杆臂值，且结果精确，显著降低组合导航算法的计算复杂度、减小计算量的同时保证了导航精确度。
请参阅图3，为便于更好地理解，图3为本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量方法及系统的一个几何示意图：
本实施例中，O1-X1Y1Z1坐标系表示载荷设备在初始状态下惯性测量单元定义的直角坐标系，该直角坐标系以O1为顶点发生转动后，得到新坐标系O2-X2Y2Z2，其中，O1与O2重合，下文统一使用O表示该坐标原点。
本实施例中，P1点和P2点分别表示转动前后电子角度测量仪的中心位置；A点表示万向节联轴器的空间位置；B点表示GNSS天线相位中心的空间位置；L1和L2分别表示电子伸缩尺在转动前后的测量值，即第一长度测量结果与第二长度测量结果；
Figure 645500DEST_PATH_IMAGE009
表示第一空间角，即
Figure 787769DEST_PATH_IMAGE036
与平面O1-X1Y1的夹角；
Figure 344652DEST_PATH_IMAGE010
表示第二空间角，即
Figure 955893DEST_PATH_IMAGE036
与Y1轴的夹角；
Figure 623635DEST_PATH_IMAGE037
表示第三空间角，即
Figure 885989DEST_PATH_IMAGE038
与平面O1-X1Y1的夹角；
Figure 348194DEST_PATH_IMAGE039
表示第四空间角，即
Figure 446731DEST_PATH_IMAGE038
与Y1轴的夹角；
Figure 183743DEST_PATH_IMAGE002
表示杆臂值；
Figure 175970DEST_PATH_IMAGE003
表示旋转矩阵；
Figure 933710DEST_PATH_IMAGE007
表示第一向量，
Figure 644177DEST_PATH_IMAGE013
表示第二向量，
Figure 529088DEST_PATH_IMAGE004
表示第三向量，
Figure 375821DEST_PATH_IMAGE006
表示第四向量。
本实施例中，载荷设备发生转动后，
Figure 570042DEST_PATH_IMAGE040
在O2-X2Y2Z2中的投影即为新的杆臂值测量结果。
本实施例中，
Figure 502226DEST_PATH_IMAGE004
表示向量
Figure 190828DEST_PATH_IMAGE040
在O1-X1Y1Z1(原坐标系)中的坐标，
Figure 892067DEST_PATH_IMAGE002
表示向量
Figure 257190DEST_PATH_IMAGE040
在O2-X2Y2Z2(旋转后的新坐标系)中的坐标；同理，下文中的向量右上角标为1，则表示该向量在O1-X1Y1Z1中的坐标，下文中的向量右上角标为2，则表示该向量在O2-X2Y2Z2中的坐标；
Figure 676670DEST_PATH_IMAGE001
；（1）
Figure 903383DEST_PATH_IMAGE041
；（2）
Figure 724708DEST_PATH_IMAGE042
；（3）
Figure 526311DEST_PATH_IMAGE043
；（4）
Figure 433087DEST_PATH_IMAGE044
；（5）
由式（4）与式（5）可得：
Figure 463491DEST_PATH_IMAGE045
；（6）
其中，
Figure 139323DEST_PATH_IMAGE046
，所以：
Figure 846248DEST_PATH_IMAGE047
；（7）
联立式（1）、（2）、（3）、（7）可得：
Figure 240320DEST_PATH_IMAGE048
。
上面对本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量方法进行了描述，下面对本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量系统进行描述，请参阅图4，本发明实施例中组合导航系统杆臂值在线测量系统一个实施例包括：
杆臂值在线测量装置401与杆臂值测量子系统402，其中，所述杆臂值在线测量装置401包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连；
所述杆臂值测量子系统402用于基于所述载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至所述电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从所述万向节联轴器至所述GNSS天线的相位中心的向量；在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
可选的，在一实施例中，所述杆臂值测量子系统402基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值包括：
所述杆臂值测量子系统402基于所述第一向量、所述第二长度测量结果与所述第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；
所述杆臂值测量子系统402基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量；
所述杆臂值测量子系统402基于所述旋转矩阵与所述第三向量，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
可选的，在一实施例中，所述杆臂值的计算公式如下：
Figure 808836DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 604754DEST_PATH_IMAGE002
为所述杆臂值，
Figure 217001DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 98369DEST_PATH_IMAGE004
为所述第三向量。
可选的，在一实施例中，所述杆臂值测量子系统402基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量包括：
所述杆臂值测量子系统402基于所述第一向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果，计算所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述万向节联轴器的第四向量；
所述杆臂值测量子系统402基于所述第二向量与所述第四向量进行计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量。
可选的，在一实施例中，所述第四向量的计算公式如下：
Figure 470576DEST_PATH_IMAGE033
；
其中，
Figure 121000DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 169727DEST_PATH_IMAGE028
为所述第一向量，
Figure 272812DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一长度测量结果，
Figure 183131DEST_PATH_IMAGE021
为第一空间角，
Figure 953641DEST_PATH_IMAGE034
为第二空间角，所述第一角度测量结果包括所述第一空间角与所述第二空间角；
所述第三向量的计算公式如下：
Figure 173269DEST_PATH_IMAGE035
；
其中，
Figure 763651DEST_PATH_IMAGE024
为所述第三向量，
Figure 477660DEST_PATH_IMAGE015
为所述第四向量，
Figure 102676DEST_PATH_IMAGE049
为所述第二向量。
可选的，在一实施例中，所述旋转矩阵的计算公式如下：
Figure 227627DEST_PATH_IMAGE031
；
其中，
Figure 305305DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 545707DEST_PATH_IMAGE007
为所述第一向量，
Figure 290809DEST_PATH_IMAGE050
为所述第四向量，
Figure 852240DEST_PATH_IMAGE051
为所述第二长度测量结果，
Figure 417214DEST_PATH_IMAGE017
为第三空间角，
Figure 473026DEST_PATH_IMAGE039
为第四空间角，所述第二角度测量结果包括所述第三空间角与所述第四空间角。
本发明实施例中，整个组合导航系统杆臂值在线测量系统包括杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，载荷设备安装在三轴稳定平台上，电子角度测量仪安装在载荷设备表面，电子伸缩尺分别与电子角度测量仪、万向节联轴器相连，万向节联轴器固定在伸缩杆上，伸缩杆分别与伸缩杆底座、GNSS天线相连，组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：杆臂值测量子系统基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，第一向量为从直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；在第一时刻分别获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于上述向量、长度测量结果与角度测量结果，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值。本发明提供的组合导航系统杆臂值在线测量系统结构简单，制造成本低且测试方便，组合导航系统杆臂值在线测量方法可以为组合导航算法提供实时在线的杆臂值测量结果，显著降低组合导航算法的计算复杂度，减小计算量的同时提高了导航精确度。
请参阅图5，本发明实施例中杆臂值在线测量装置的一个实施例示意图；
本实施例中，杆臂值在线测量装置包括载荷设备J-1、三轴稳定平台J-2、电子角度测量仪J-3、电子伸缩尺J-4、万向节联轴器J-5、伸缩杆J-6、GNSS天线J-7与伸缩杆底座J-8。
本实施例中，电子伸缩尺J-4包括电子伸缩尺固定长度部分J-4-1与电子伸缩尺伸缩部分J-4-2，电子伸缩尺固定长度部分J-4-1与电子角度测量仪J-3的一端相连，电子伸缩尺伸缩部分J-4-2与万向节联轴器J-5的一端相连。
本实施例中，伸缩杆J-6包括伸缩杆固定长度部分J-6-1与伸缩杆伸缩部分J-6-2，万向节联轴器J-5的另一端固定在伸缩杆固定长度部分J-6-1，伸缩杆固定长度部分J-6-1的底端与伸缩杆底座相连，伸缩杆伸缩部分J-6-2的顶端与GNSS天线J-7相连。
请参阅图6，本发明实施例中杆臂值测量子系统的一个实施例示意图；
本实施例中，杆臂值测量子系统包括GNSS设备D-1、载荷主控制器D-2与电子硬件系统，其中， GNSS设备D-1与GNSS天线相连，载荷设备与载荷主控制器D-2相连；电子硬件系统包括控制器D-4、通信接口D-3、数据采集接口D-6与数据存储模块D-5，通信接口D-3包括GNSS时间接收接口D-3-1、GNSS脉冲接收接口D-3-2、控制指令接收接口D-3-3、设备状态发送接口D-3-4与数据发送接口D-3-5；数据采集接口D-6包括角度数据采集接口D-6-1与长度数据采集接口D-6-2，其中，角度数据采集接口D-6-1与电子角度测量仪相连，长度数据采集接口D-6-2与电子伸缩尺相连。
可选的，在一施例中，载荷主控制器D-2具体用于：
接收GNSS设备D-1传输的导航定位数据与授时数据；
通过控制指令接收接口D-3-3向控制器D-4发送控制指令；
通过设备状态发送接口D-3-4接收控制器D-4发送的电子硬件系统的工作状态信息；
通过数据发送接口D-3-5接收控制器D-4发送的带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；
通过角度数据采集接口D-6-1接收电子角度测量仪测量的角度测量结果；
通过长度数据采集接口D-6-2接收电子伸缩尺测量的长度测量结果。
本实施例中，载荷主控制器D-2还用于对载荷其它设备，如雷达、相机等进行控制。
本实施例中，导航定位数据用于确定当前位置，授时数据用于确定时间以及进行时间同步。
本实施例中，控制指令用于对电子硬件系统进行控制，包括但不限于控制控制器D-4进行系统初始化、系统自检、启动测量、停止测量。
本实施例中，工作状态信息包括但不限于控制器D-4是否初始化完成、控制器D-4是否自检完成、是否工作正常、是否接收到来自GNSS的时间信息、是否接收到角度测量结果与长度测量结果。
可选的，在一施例中，控制器D-4具体用于：
通过GNSS时间接收接口D-3-1接收GNSS设备D-1发送的时间信息；
通过GNSS脉冲接收接口D-3-2接收GNSS设备D-1发送的脉冲信息；
通过控制指令接收接口D-3-3接收载荷主控制器D-2发送的控制指令；
通过设备状态发送接口D-3-4向载荷主控制器D-2发送电子硬件系统的工作状态信息；
通过数据发送接口D-3-5向载荷主控制器D-2发送带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；
通过角度数据采集接口D-6-1接收电子角度测量仪测量的角度测量结果；
通过长度数据采集接口D-6-2接收电子伸缩尺测量的长度测量结果；
向数据存储模块D-5发送杆臂值数据以供数据存储模块D-5存储。
本实施例中，时间信息是指当前时间，脉冲信息用于进行时间同步。
本实施例中杆臂值数据包括时间信息及其对应的杆臂值。
本实施例中，长度测量结果包括第一长度测量结果与第二长度测量结果；角度测量结果包括第一角度测量结果与第二角度测量结果。
为便于更好地理解本发明，下面针对本发明的三种杆臂值在线测量流程进行举例说明。
流程一：
载荷主控制器基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，第一向量为从直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；
载荷主控制器在第一时刻分别通过角度数据采集接口获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果、通过长度数据采集接口获取电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别通过角度数据采集接口获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述、通过长度数据采集接口获取电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；
载荷主控制器基于第一向量、第二向量、第一长度测量结果、第二长度测量结果、第一角度测量结果与第二角度测量结果，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值。
在本例中，GNSS设备向载荷主控制器传输导航定位与授时数据，包括当前位置、当前时间和用于时间同步的秒脉冲；载荷主控制器通过角度数据采集接口接收电子角度测量仪测量的角度测量结果；载荷主控制器通过长度数据采集接口接收电子伸缩尺测量的长度测量结果。
流程二：
控制器基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，第一向量为从直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；
控制器在第一时刻分别通过角度数据采集接口获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果、通过长度数据采集接口获取电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别通过角度数据采集接口获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述、通过长度数据采集接口获取电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；
控制器基于第一向量、第二向量、第一长度测量结果、第二长度测量结果、第一角度测量结果与第二角度测量结果，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值；
控制器将计算得到的杆臂值通过数据发送接口传输至载荷主控制器。
在本例中，GNSS设备向载荷主控制器传输导航定位与授时数据，包括当前位置、当前时间和用于时间同步的秒脉冲；控制器通过GNSS时间接收接口接收GNSS设备发送的时间信息；控制器通过GNSS脉冲接收接口接收GNSS设备发送的脉冲信息；控制器通过控制指令接收接口接收载荷主控制器发送的控制指令；控制器通过设备状态发送接口向载荷主控制器发送电子硬件系统的工作状态信息；控制器通过数据发送接口向载荷主控制器发送带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；控制器通过角度数据采集接口接收电子角度测量仪测量的角度测量结果；控制器通过长度数据采集接口接收电子伸缩尺测量的长度测量结果。
流程三：
控制器基于载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，第一向量为从直角坐标系的坐标原点至电子角度测量仪中心位置的向量，第二向量为从万向节联轴器至GNSS天线的相位中心的向量；
控制器在第一时刻分别通过角度数据采集接口获取电子角度测量仪测量的第一角度测量结果、通过长度数据采集接口获取电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别通过角度数据采集接口获取电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述、通过长度数据采集接口获取电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；
控制器基于第一向量、第二向量、第一长度测量结果、第二长度测量结果、第一角度测量结果与第二角度测量结果，计算第二时刻下惯性测量单元与GNSS天线之间的杆臂值；
控制器将计算得到的杆臂值及对应的时间信息发送至数据存储模块以供数据存储模块存储。
在本例中，GNSS设备向载荷主控制器传输导航定位与授时数据，包括当前位置、当前时间和用于时间同步的秒脉冲；控制器通过GNSS时间接收接口接收GNSS设备发送的时间信息；控制器通过GNSS脉冲接收接口接收GNSS设备发送的脉冲信息；控制器通过控制指令接收接口接收载荷主控制器发送的控制指令；控制器通过设备状态发送接口向载荷主控制器发送电子硬件系统的工作状态信息；控制器通过数据发送接口向载荷主控制器发送带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；控制器通过角度数据采集接口接收电子角度测量仪测量的角度测量结果；控制器通过长度数据采集接口接收电子伸缩尺测量的长度测量结果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（read-only memory，ROM）、随机存取存储器（random access memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种组合导航系统杆臂值在线测量方法，应用于组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述组合导航系统杆臂值在线测量系统包括：杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连，所述组合导航系统杆臂值在线测量方法包括：
所述杆臂值测量子系统基于所述载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至所述电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从所述万向节联轴器至所述GNSS天线的相位中心的向量；
所述杆臂值测量子系统在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
2.根据权利要求1所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值包括：
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二长度测量结果与所述第二角度测量结果进行旋转矩阵计算，得到以所述坐标原点为顶点发生转动后得到的新坐标系相对于原坐标系的旋转矩阵；
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量；
所述杆臂值测量子系统基于所述旋转矩阵与所述第三向量，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
3.根据权利要求2所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述杆臂值的计算公式如下：
Figure 967809DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，
Figure 42293DEST_PATH_IMAGE002
为所述杆臂值，
Figure 27567DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 399642DEST_PATH_IMAGE004
为所述第三向量。
4.根据权利要求2所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果进行向量计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量包括：
所述杆臂值测量子系统基于所述第一向量、所述第一长度测量结果与所述第一角度测量结果，计算所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述万向节联轴器的第四向量；
所述杆臂值测量子系统基于所述第二向量与所述第四向量进行计算，得到所述直角坐标系下从所述坐标原点至所述GNSS天线的相位中心的第三向量。
5.根据权利要求4所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述第四向量的计算公式如下：
Figure 470366DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，
Figure 523773DEST_PATH_IMAGE006
为所述第四向量，
Figure 176602DEST_PATH_IMAGE007
为所述第一向量，
Figure 657262DEST_PATH_IMAGE008
为所述第一长度测量结果，
Figure 12020DEST_PATH_IMAGE009
为第一空间角，
Figure 869118DEST_PATH_IMAGE010
为第二空间角，所述第一角度测量结果包括所述第一空间角与所述第二空间角；
所述第三向量的计算公式如下：
Figure 376454DEST_PATH_IMAGE011
；
其中，
Figure 28015DEST_PATH_IMAGE012
为所述第三向量，
Figure 135648DEST_PATH_IMAGE013
为所述第二向量。
6.根据权利要求4所述的组合导航系统杆臂值在线测量方法，其特征在于，所述旋转矩阵的计算公式如下：
Figure 530857DEST_PATH_IMAGE014
；
其中，
Figure 79650DEST_PATH_IMAGE003
为所述旋转矩阵，
Figure 980741DEST_PATH_IMAGE015
为所述第一向量，
Figure 247775DEST_PATH_IMAGE006
为所述第四向量，
Figure 243412DEST_PATH_IMAGE016
为所述第二长度测量结果，
Figure 912291DEST_PATH_IMAGE017
为第三空间角，
Figure 984284DEST_PATH_IMAGE018
为第四空间角，所述第二角度测量结果包括所述第三空间角与所述第四空间角。
7.一种组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述组合导航系统杆臂值在线测量系统包括：
杆臂值在线测量装置与杆臂值测量子系统，其中，所述杆臂值在线测量装置包括载荷设备、三轴稳定平台、电子角度测量仪、电子伸缩尺、万向节联轴器、伸缩杆、GNSS天线与伸缩杆底座，所述载荷设备安装在所述三轴稳定平台上，所述电子角度测量仪安装在所述载荷设备表面，所述电子伸缩尺分别与所述电子角度测量仪、所述万向节联轴器相连，所述万向节联轴器固定在所述伸缩杆上，所述伸缩杆分别与所述伸缩杆底座、所述GNSS天线相连；
所述杆臂值测量子系统用于基于所述载荷设备内部惯性测量单元定义的直角坐标系，在第一时刻分别获取所述直角坐标系下的第一向量与第二向量，其中，所述第一向量为从所述直角坐标系的坐标原点至所述电子角度测量仪中心位置的向量，所述第二向量为从所述万向节联轴器至所述GNSS天线的相位中心的向量；在所述第一时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第一角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第一长度测量结果，以及在第二时刻分别获取所述电子角度测量仪测量的第二角度测量结果和所述电子伸缩尺测量的第二长度测量结果；基于所述第一向量、所述第二向量、所述第一长度测量结果、所述第二长度测量结果、所述第一角度测量结果与所述第二角度测量结果，计算所述第二时刻下所述惯性测量单元与所述GNSS天线之间的杆臂值。
8.根据权利要求7所述的组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述杆臂值测量子系统包括GNSS设备、载荷主控制器与电子硬件系统，其中，所述GNSS设备与所述GNSS天线相连，所述载荷设备与所述载荷主控制器相连；所述电子硬件系统包括控制器、通信接口、数据采集接口与数据存储模块，所述通信接口包括GNSS时间接收接口、GNSS脉冲接收接口、控制指令接收接口、设备状态发送接口与数据发送接口；所述数据采集接口包括角度数据采集接口与长度数据采集接口，其中，所述角度数据采集接口与所述电子角度测量仪相连，所述长度数据采集接口与所述电子伸缩尺相连。
9.根据权利要求8所述的组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述载荷主控制器具体用于：
接收所述GNSS设备传输的导航定位数据与授时数据；
通过所述控制指令接收接口向所述控制器发送控制指令；
通过所述设备状态发送接口接收所述控制器发送的所述电子硬件系统的工作状态信息；
通过所述数据发送接口接收所述控制器发送的带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；
通过所述角度数据采集接口接收所述电子角度测量仪测量的角度测量结果；
通过所述长度数据采集接口接收所述电子伸缩尺测量的长度测量结果。
10.根据权利要求8所述的组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述控制器具体用于：
通过所述GNSS时间接收接口接收所述GNSS设备发送的时间信息；
通过所述GNSS脉冲接收接口接收所述GNSS设备发送的脉冲信息；
通过所述控制指令接收接口接收所述载荷主控制器发送的控制指令；
通过所述设备状态发送接口向所述载荷主控制器发送所述电子硬件系统的工作状态信息；
通过所述数据发送接口向所述载荷主控制器发送带有时间戳的长度测量结果与角度测量结果；
通过所述角度数据采集接口接收所述电子角度测量仪测量的角度测量结果；
通过所述长度数据采集接口接收所述电子伸缩尺测量的长度测量结果；
向所述数据存储模块发送杆臂值数据以供所述数据存储模块存储。
11.根据权利要求7所述的组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述电子伸缩尺包括电子伸缩尺固定长度部分与电子伸缩尺伸缩部分，所述电子伸缩尺固定长度部分与所述电子角度测量仪的一端相连，所述电子伸缩尺伸缩部分与所述万向节联轴器的一端相连。
12.根据权利要求7所述的组合导航系统杆臂值在线测量系统，其特征在于，所述伸缩杆包括伸缩杆固定长度部分与伸缩杆伸缩部分，所述万向节联轴器的另一端固定在所述伸缩杆固定长度部分，所述伸缩杆固定长度部分的底端与所述伸缩杆底座相连，所述伸缩杆伸缩部分的顶端与所述GNSS天线相连。
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