DE3718189A1

DE3718189A1 - Traegheitsnavigationssystem, vorzugsweise fuer vermessungszwecke

Info

Publication number: DE3718189A1
Application number: DE19873718189
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Phys Marold; Wieland Dr Ing Feist; Rudi Dr Rer Nat Schueler
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-02-18
Also published as: DD252050A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägheitsnavigationssystem, vorzugs weise für Vermessungszwecke, umfassend eine inertiale Meß einheit, einen Rechner sowie Mittel zur Eingabe und Anzeige von Meß- und anderen Werten.

Es ist bekannt, Trägheitsnavigationssysteme für Vermessungs zwecke einzusetzen. Ein Problem stellt dabei die Bestimmung und Berücksichtigung der Exzentrizität zwischen dem Zentrum des Trägheitsnavigationssystems und dem anzumessenden Punkt dar. Aus "The Australian Surveyor" 32 (1984) S. 80 ist bekannt, einen Winkelmesser exzentrisch auf einem Vermessungsfahrzeug zu montieren und die Bestimmung der Koordinaten des Winkel messers zum Trägheitsnavigationssystem im Fahrzeug durch eine, um das Vermessungsfahrzeug herumgeführte, Traverse vorzunehmen, wobei die Orientierung in das System des Trägheitsnavigations system von einem auf der Plattform des Trägheitsnavigations systems montierten Porroprisma aus mit einem Autokollimations theodolitlen eingemessen wird. Die gemessene Exzentrizität des Zentrums des Winkelmessers wird dann in den Rechner des Träg heitsnavigationssystems eingegeben und von diesem berücksich tigt. Die bei der Vermessung anzumessenden Punkte werden dann mittels eines Meßbandes an den Winkelmesser angeschlossen. Dieses Verfahren ist durch die zweifache exzentrische Be stimmung sehr aufwendig und mit Fehlern behaftet. Es ist weiterhin bekannt, einen elektro-optischen Entfernungsmesser auf ein Trägheitsnavigationssystem zu montieren, mit dem die anzumessenden Punkte angezielt werden. Beide Geräte müssen entweder starr gekoppelt sein, damit das Trägheitsnavigations system mit dem Entfernungsmesser dreh- und neigbar ist, oder der Entfernungsmesser muß mit einer Winkelmeßeinheit kombiniert sein, z.B. als elektrooptisches Tachymeter ausgebildet sein. Beide Verfahren gestatten die Bestimmung großer Exzentrizitäten, sie benötigen jedoch einen hohen technischen Aufwand.

Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt und die mit einem Trägheitsnavigations system erhaltenen Punktkoordinaten der anzumessenden Punkte schneller und ohne zusätzliche Geräte ermittelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorzugsweise für ein tragbares Trägheitsnavigationssystem die Punktkoordinaten der anzumessenden Punkte zu erhalten, ohne daß ein Bediener des Gerätes die Exzentrizität bestimmen oder berücksichtigen muß. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Punkt am Gehäuse des Trägheitsnavigationssystems als Bezugs punkt für die Messungen vorgesehen ist, wobei sich die er mittelten Punktkoordinaten der anzumessenden Punkte auf diesen Bezugspunkt beziehen und daß der Exzentrizitätsvektor vom Bezugspunkt zum Zentrum der inertialen Meßeinheit im Rechner gespeichert ist. Vorteilhaft ist es, daß der Bezugspunkt eine räumliche Ecke ist, daß die Winkel der räumlichen Ecke 90° sind, wobei die angrenzenden Kanten und Flächen des Gehäuses gerade und eben sind und daß nach Abruf die Winkel zwischen den an die räumliche Ecke angrenzenden Kanten und den Koordinatenachsen in dem die Punktkoordinaten des anzumessenden Punktes bestimmt werden, angezeigt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt ein erfindungsge mäßes Trägheitsnavigationssystem für Vermessungszwecke. In einem Gerätegehäuse 2 sind eine inertiale Meßeinheit 4 und ein an sich bekannter, nicht näher dargestellter Rechner mit einer Stromversorgungseinheit angeordnet. Das Trägheitsnavi gationssystem kann während der Messungen in einem Vermessungs fahrzeug angeordnet oder von Hand an einem Griff 3 getragen werden. Zur Bestimmung der Koordinaten eines anzumessenden Punktes wird das Gerät vorteilhaft von Hand getragen mit einer Ecke 1 des Gerätegehäuses 2 auf dem anzumessenden Punkt auf gesetzt. Dabei kann dem Gerät durch Betätigung einer Taste 9 mitgeteilt werden, daß die Koordinaten des mit der Ecke 1 in Kontakt gebrachten Punktes zu berechnen und in einer am Gerät vorgesehenen, nicht näher dargestellten Anzeige 10 anzuzeigen sind.

Der Exzentrizitätsvektor zwischen dem Koordinatenursprung des Trägheitsnavigationssystems O und der Ecke 1 ist im Rechner mit den Koordinaten x ^k im Koordinatensystem der inertialen Meßeinheit 4 gespeichert. Die Transformationsmatrix T _k ^L zwischen dem Koordinatensystem der Meßeinheit 4 und dem Koordinatensystem, in dem die Punktkoordinaten der anzumessenden Punkte angezeigt werden, beispielsweise einem lokalen erdgebundenen System ist ebenfalls im Rechner gespeichert, da sie zur Lösung der Aufgabe der Trägheitsnavigation ohnehin benötigt wird. Damit ergibt sich der Exzentrizitätsvektor im Koordinatensystem, in dem die Punktkoordinaten angezeigt werden zu:

e ^L = T _k ^L x ^k

Die Koordinaten e ^L werden vom Rechner ständig entsprechend der aktuellen Transformationsmatrix T _k ^L bestimmt und zu den durch Trägheitsnavigation ermittelten, auf den Punkt O bezogenen Koordinaten addiert.

Die Summe ergibt die Punktkoordinaten des anzumessenden Punktes, bezogen auf die Ecke 1. Anstelle der Ecke 1 kann auch ein anderer Bezugspunkt am Gehäuse verwendet werden. Es ist auch möglich, die Ecke 1 durch einen Ausleger für schwer zugäng liche Punkte zu verlängern. Für ein Trägheitsnavigations system ist es vorteilhaft, wenn die Winkel zwischen dem lokalen erdgebundenen Koordinatensystem und dem Koordinaten system der Meßeinheit 4 angezeigt werden, um Orientierungs aufgaben durchzuführen, beispielsweise eine Richtung oder die Lage einer Wand zu bestimmen. Ist die Meßeinheit 4 fest mit dem Gerätegehäuse 2 verbunden, so kann bei geeigneter Justierung der Meßeinheit 4 im Gehäuse 2 das Koordinaten system der Meßeinheit 4 durch die an den Eckpunkt 1 angren zenden Kanten, die die Gehäuseflächen 5, 6 und 7 begrenzen, dargestellt werden. Deshalb ist es vorteilhaft, daß die an den Eckpunkt 1 angrenzenden Flächen 5, 6 und die nicht dargestellte Bodenfläche 7 eben und rechtwinklig sind und jeweils rechte Winkel einschließen. Orientierungsaufgaben können so in ein facher Weise gelöst werden, indem eine oder mehrere Flächen oder Kanten an das anzumessende Objekt angelegt werden und die interessierenden Winkel angezeigt werden, beispielsweise der Winkel zwischen der die Flächen 5 und 6 begrenzenden Kante und der lokalen Vertikalen oder der Winkel zwischen den die Flä chen 5 und 7 begrenzenden Kanten und der Nordrichtung.

Claims

1. Trägheitsnavigationssystem, vorzugsweise für Vermessungszwecke, umfassend eine inertiale Meßeinheit, einen Rechner sowie Mittel zur Eingabe und Anzeige von Meß- und anderen Werten, gekennzeichnet dadurch, daß ein Punkt am Gehäuse des Trägheitsnavigationssystems als Bezugspunkt für die Messung vorgesehen ist, wobei sich die ermittelten Punktkoordinaten der anzumessenden Punkte auf diesen Bezugspunkt beziehen und daß der Exzentrizitätsvektor vom Bezugspunkt zum Zentrum der inertialen Meßeinheit im Rechner gespeichert ist.

2. Trägheitsnavigationssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Bezugspunkt eine räumliche Ecke ist.

3. Trägheitsnavigationssystem nach Anspruch 1 und 2, gekenn zeichnet dadurch, daß die Winkel der räumlichen Ecke 90° sind, wobei die angrenzenden Kanten und Flächen des Gehäuses gerade und eben sind.

4. Trägheitsnavigationssystem nach Anspruch 1 und 3, gekenn zeichnet dadurch, daß nach Abruf die Winkel zwischen den an die räumliche Ecke angrenzenden Kanten und den Koordi natenachsen des Koordinatensystems in dem die Punktkoordi naten der anzumessenden Punkte bestimmt werden, angezeigt werden.