CN202502253U - 一种动态定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动态定位系统，包括：用于获取动态观测站的空间位置信息和脉冲激光测距单元发射激光脉冲信号时刻的GPS时间的卫星定位单元；用于获取动态观测站与目标点之间距离信息的脉冲激光测距单元；与所述卫星定位单元和脉冲激光测距单元连接，用于同步控制卫星定位单元和脉冲激光测距单元的同步控制单元；用于获取动态观测站的姿态信息时序，并根据姿态信息时序计算所述激光脉冲信号发射时刻动态观测站的姿态信息的姿态测量单元；与所述卫星定位单元、脉冲激光测距单元和姿态测量单元分别连接，用于计算目标点空间位置信息的数据采集与处理单元。本实用新型能够实现对不宜或不易到达的目标物的定位，并能提高动态定位的定位精度。

Description

一种动态定位系统

技术领域

本实用新型涉及测绘中的定位技术领域，尤其涉及一种动态定位系统。

背景技术

现有的GPS与激光测距技术集成应用的开发大部分都是基于GPS与三维激光扫描仪的集成应用。美国，加拿大，瑞典，日本，荷兰等国家都陆续研发出相关陆地移动测试产品，例如美国俄亥俄州立大学的GPS Van系统，卡尔加里大学的VISATTM系统，慕尼黑联邦军事大学的KISSTM系统，瑞典的Top Eye机载系统，美国的Cyra系统，法国Riegl公司的小型地面系统等。我国也研发出了同类产品，例如武汉测绘科技大学地球空间信息技术开发组开发的激光扫描测量系统，中国测绘科学开发院四维公司研发的三维影像扫描测量系统等。

然而，现有的GPS与激光测距技术集成产品普遍存在固定投资大、灵活性差、目标针对性不强、数据采集量大、生产工艺复杂的缺陷。同时，这些产品对移动载体的运动速度及其平台稳定性等具有较高要求，使得在高动态移动载体平台条件下获取目标空间位置信息时，例如，基于船载平台获取海岛礁位置信息时，其应用将受到很大程度的限制。

由于受脉冲激光测距技术的延迟时间、有效距离、精度限制等影响，GPS与脉冲激光测距技术的同步集成还处于空白状态。现有的GPS与脉冲激光测距仪集成的产品很少，超站仪是较为相近的一款产品。超站仪是GPS和全站仪结合的新型测绘仪器，它集成了全站仪与GPS的大部分功能，可以实现无地面控制的地面测量，具有定位精度高、劳动强度低的优势，已经在很多测量领域得到了广泛应用。但该设备不能实现对目标的动态定位，且需要棱镜辅助才能实现长距离量程，这在很大程度上使得该设备无法在动态平台上满足各种目标动态定位需求。此外，超站仪本身无法适应移动载体移动过程中基座不置平的问题，无法在移动载体上实施测量功能，不能实现快速移动测量功能。尤其，对于一些无法确立站标的地段，例如不能登陆的岛屿，火山口，塌陷区域、危险禁区等，无棱镜反射测量的量程显得过短，不能满足危险地段与军事目标的测设要求。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种动态定位系统，其能够实现对不宜或不易到达的目标物的定位，并能提高动态定位的定位精度。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供了一种动态定位系统，包括：

用于获取动态观测站与目标点之间距离信息的脉冲激光测距单元；

用于获取动态观测站的空间位置信息和脉冲激光测距单元发射激光脉冲信号时刻的GPS时间的卫星定位单元；

与所述卫星定位单元和所述脉冲激光测距单元连接，用于同步控制所述卫星定位单元和所述脉冲激光测距单元的同步控制单元；

用于获取动态观测站的姿态信息时序，并根据所述姿态信息时序计算所述激光脉冲信号发射时刻动态观测站的姿态信息的姿态测量单元；

与所述卫星定位单元、脉冲激光测距单元和姿态测量单元分别连接，用于计算目标点空间位置信息的数据采集与处理单元。

优选地，系统还包括用于输入控制指令，并为显示所述目标点的空间位置信息的输入输出单元。

优选地，所述卫星定位单元包括：GPS双频OEM板和GPS天线。

优选地，所述脉冲激光测距单元为长距离低延迟脉冲激光测距仪。

优选地，所述姿态测量单元为三维数字罗盘。

优选地，所述输入输出单元包括防水防盐雾的键盘和显示屏。

优选地，所述数据采集与处理单元包括：多串口集成板和防水防盐雾掌上电脑。

(三)有益效果

本实用新型动态定位系统通过采用脉冲激光测距单元实现了无棱镜辅助下长距离作用范围的主动式动态定位，能够对不宜或不易到达的目标物进行定位；本实用新型基于动态观测站的空间位置信息、脉冲激光测距单元的测距信息及其发射激光脉冲信号时刻的时间信息，以及动态观测站的姿态信息来计算目标点的空间位置信息，提高了移动动态定位的精度。

附图说明

图1为本实用新型实施方式中所述动态定位系统的目标点遥测定位原理图；

图2为本实用新型实施方式中所述动态定位系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型基于目标点遥测定位原理，采用空间测距/测角交汇定位。图1为本实用新型的定位原理图。如图1所示，假设O、P分别为待测目标点，载有根据本实用新型的集成GPS和脉冲激光测距的全方向免接触式多目标动态定位仪的作业平台沿轨迹线A-B-C-D-E-F移动。在移动过程中，定位仪依次在A点-F点处分别进行GPS定位测量、平台姿态测量以及平台动态观测站至目标点O、P的激光测距测量；通过GPS提供的时空基准信息，对观测信息进行采集与同步，形成多目标多测站多历元观测数据，最终通过测边/测角交会定位原理确定目标点空间位置。

如图2所示，本实用新型所述的一种动态定位系统，包括：

用于获取动态观测站与目标点之间距离信息的脉冲激光测距单元1；

用于获取动态观测站的空间位置信息和脉冲激光测距单元1发射激光脉冲信号时刻的GPS时间的卫星定位单元2；

与所述卫星定位单元2和所述脉冲激光测距单元1连接，用于同步控制所述卫星定位单元2和所述脉冲激光测距单元1的同步控制单元3；

用于获取动态观测站的姿态信息时序，并根据所述姿态信息时序计算所述激光脉冲信号发射时刻动态观测站的姿态信息的姿态测量单元4；

与所述卫星定位单元2、脉冲激光测距单元1和姿态测量单元4分别连接，用于计算目标点空间位置信息的数据采集与处理单元5。

优选地，系统还包括用于输入控制指令，并为显示所述目标点的空间位置信息的输入输出单元6。

优选地，所述卫星定位单元2包括：GPS双频OEM板和GPS天线。

优选地，所述脉冲激光测距单元1为长距离低延迟脉冲激光测距仪。

优选地，所述姿态测量单元4为三维数字罗盘。

优选地，所述输入输出单元6包括防水防盐雾的键盘和显示屏。

优选地，所述数据采集与处理单元5包括：多串口集成板和防水防盐雾掌上电脑。

由于本实用新型动态定位系统在动态作业条件下工作，需要将各种测量信息统一到相同的时刻。同步控制单元为动态环境目标量测定位提供高精度的时间同步。具体实施过程中，可以通过脉冲信号同步控制卫星定位单元和脉冲激光测距单元来实现GPS定位与激光测距的同步量测。该同步控制单元的基本原理为，通过触发激光控制按钮产生两路时间同步脉冲信号，一路脉冲触发卫星定位单元进行定位(获取动态观测站空间位置坐标)和授时(获取GPS时间)；另一路脉冲触发脉冲激光测距单元获取测距信息。

本实用新型的脉冲激光测距单元，通过测量激光脉冲信号发射和经目标点反射后再次接收之间的时间差，来获取动态观测站与目标点的测距信息。具体实施过程中，脉冲激光测距单元可以为长距离低延迟脉冲激光测距仪，其无需在目标点处架设反射棱镜进行辅助测量，使得目标点选择机动灵活，具有很好的主动性。优选地，可使用美国制造的CountXLR激光测距仪，其作用距离可达1800米，测距精度为0.1m，能够满足对于某些无法确立站标的地段(例如，不能登陆的岛屿，火山口，塌陷区域、危险禁区等)的无棱镜辅助测量。

本实用新型的卫星定位单元用于获取时空基准信息，包括：动态观测站的GPS定位信息(动态观测站的三维坐标)和GPS时间信息。具体实施过程中，卫星定位单元可以通过GPS双频OEM板和GPS天线实现。GPS双频OEM板具有接收GPS信号、处理信号、输出观测数据和定位结果等功能：接收来自天线单元的信号，并通过变频、放大、滤波等一系列处理过程，对GPS卫星信号进行跟踪、锁定、测量，最后生成计算位置的数据信息(包括：纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等)，并由串口输出串行数据。此外，由于卫星定位单元和脉冲激光测距单元是被同步控制的，因此，该GPS接收机所测量的发射脉冲时刻的GPS时间即为自身被触发时刻的GPS时间。

本实用新型的姿态测量单元用于获取动态观测点的姿态信息，包括：动态观测点的俯仰角信息、航向角信息和横滚角信息。具体实施过程中，该姿态测量单元可以通过三维数字罗盘来实现，输出RS232/RS485/RS422格式数据帧。

由于姿态测量单元按一定采样率输出测量平台姿态时序，还需要根据卫星定位单元输出的时空基准信息，对输出数据进行外推或内插计算，以获得动态观测站在脉冲激光测距单元的脉冲发射时刻的姿态信息，即：动态观测站在测距时刻的姿态信息。此外，考虑到三维数字罗盘的测量原理是测量地球磁场，在仪器使用前可按生产厂家提供的方法削弱周围电磁环境对姿态测量的影响。

本实用新型的数据采集与数据处理单元，用于采集上述卫星定位单元、激光脉冲测距单元以及姿态测量单元获取的GPS观测信息、激光测距信息和姿态信息等多串口信息；以及，用于数据同步，即：在脉冲测距信息和姿态测量信息中增加GPS时空基准信息(测量时刻的GPS时间，以及该时刻动态观测站的三维坐标)。因此，同步后的历元观测数据应为统一时空基准下的测量平台坐标信息、姿态信息以及动态观测点至目标点的斜距信息。在存储观测数据的同时，数据采集与数据处理单元通过测边/测角交会定位方法进行数据处理，获得目标点空间位置信息，包括：空间位置三维坐标、定位精度以及当前观测网几何结构等。

具体实施过程中，该数据采集与处理单元功能可以通过多串口集成板、USB数据线以及防水防盐雾掌上电脑或笔记本电脑等来实现。其中多串口集成板用于接收来自GPS OEM、激光测距仪以及三维数字罗盘的串口输出数据(测量信息)，防水防盐雾掌上电脑或笔记本电脑完成数据的采集、同步、存储与处理功能。其中，掌上电脑需要安装多串口转USB接口驱动程序，且基本配置应为：windows XP操作系统，支持USB接口，处理器1.2GHz，内存1GB。

本实用新型的输入输出单元实现的功能包括：供用户输入控制指令，例如，GPS采样率设置指令、数字罗盘采样率设置等；以及，实时显示当前时刻测量信息，例如动态观测站的位置坐标、测距信息、目标点的空间位置信息等。具体实施过程中，输入输出单元可以通过掌上电脑的键盘和显示屏来实现。

具体实施过程中，将上述脉冲激光测距单元、卫星定位单元、姿态测量单元通过串口数据线与多串口集成板连接，再利用USB数据线将多串口集成板和掌上电脑连接，最后通过外接供电接口与供电电池进行连接。可见，本实用新型的动态定位系统采用组件化架构，可根据具体应用及技术要求提高各组件性能，系统成本控制灵活。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种动态定位系统，其特征在于，包括：

用于获取动态观测站与目标点之间距离信息的脉冲激光测距单元(1)；

用于获取动态观测站的空间位置信息和脉冲激光测距单元(1)发射激光脉冲信号时刻的GPS时间的卫星定位单元(2)；

与所述卫星定位单元(2)和所述脉冲激光测距单元(1)连接，用于同步控制所述卫星定位单元(2)和所述脉冲激光测距单元(1)的同步控制单元(3)；

用于获取动态观测站的姿态信息时序，并根据所述姿态信息时序计算所述激光脉冲信号发射时刻动态观测站的姿态信息的姿态测量单元(4)；

与所述卫星定位单元(2)、脉冲激光测距单元(1)和姿态测量单元(4)分别连接，用于计算目标点空间位置信息的数据采集与处理单元(5)。

2.如权利要求1所述的一种动态定位系统，其特征在于，还包括用于输入控制指令，并为显示所述目标点的空间位置信息的输入输出单元(6)。

3.如权利要求1所述的一种动态定位系统，其特征在于，所述卫星定位单元(2)包括：GPS双频OEM板和GPS天线。

4.如权利要求1所述的一种动态定位系统，其特征在于，所述脉冲激光测距单元(1)为长距离低延迟脉冲激光测距仪。

5.如权利要求1所述的一种动态定位系统，其特征在于，所述姿态测量单元(4)为三维数字罗盘。

6.如权利要求1所述的一种动态定位系统，其特征在于，所述输入输出单元(6)包括防水防盐雾的键盘和显示屏。

7.如权利要求1所述的一种动态定位系统，其特征在于，所述数据采集与处理单元(5)包括：多串口集成板和防水防盐雾掌上电脑。

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