[发明专利]基于双旋转激光平面发射机网络的定位系统误差补偿方法

权利要求书

1.一种基于双旋转激光平面发射机网络的定位系统误差补偿方法，其特征在于，补偿的实施步骤为：

1)发射机参数标定，建立以直线导轨以及数显高度尺组成的1m×1m×1m的三维移动工作台作为标定空间，对测量系统参数进行标定；

2)补偿数据采集，在标定空间中选择五个已知点作为补偿数据点，记录补偿数据点的坐标和特征角度，以此作为补偿数据，所述的特征角度，是指当各激光平面扫过该数据点时激光平面相对其初始位置转过的角度；

3)测量待测点的特征角度，根据测量方程，求解待测点空间坐标(x₀，y₀，z₀)^T；

4)根据步骤2)的补偿数据和步骤3)所测特征角度，利用误差补偿算法对测量结果进行误差补偿；

所描述的测量系统参数标定，具体步骤是指：

1)建立世界坐标系，在三维标定移动台周围2m～3m距离放置转台发射机；在三维标定移动台上建立世界坐标系O_W-X_WY_WZ_W，原点O_W可位于三维移动工作台内任意位置，X_W方向为水平方向导轨其中任何一个，Y_W方向为水平方向与X_W垂直的导轨，Z_W方向为数显高度尺；

2)采集标定数据，将接收器固定于三维标定移动台数显高度尺上，利用导轨及高度尺使接收器在X_W、Y_W方向上900mm距离范围，Z_W方向900mm距离范围，各方向上间隔300mm，共64个位置移动，记录下接收器在所述的世界坐标系下坐标位置，并采集各发射机发射来的激光信号，经由数据采集卡导入计算机，所述的坐标位置数据与特征时间组成标定数据；

3)粗测各发射机位置，利用卷尺工具粗略测量发射机在X_W、Y_W方向上坐标位置k为发射机编号，发射机参数初始设为

4)以为初始值，应用标定模型对A_1k、B_1k、A_2k、B_2k、T_xk、T_yk、T_z1k、T_z2k进行标定，其中下标1、2表示激光平面标号，所描述的标定模型为

Σi=1n(((R1k(i)N1k)·(Pi-T1k))2+((R2k(i)N2k)·(Pi-T2k)2))]]>

其中，k：发射机编号；

i：标定点的编号；

N_1k、N_2k：分别是第k个发射机激光平面1和2的平面方程系数向量，

即(A_1k，B_1k，1)^T和(A_2k，B_2k，1)^T；

T_1k、T_2k：分别是第k个发射机激光平面1和2的旋转中心向量，即

(T_xk，T_yk，T_z1k)^T和(T_xk，T_yk，T_z2k)^T；

R_1k、R_2k：分别是第k个发射机激光平面1和2到初始位置的旋转矩

阵；

P_i：所述的世界坐标系下待测点坐标；

此时就对于每个转台发射机只有8个未知参数待标定，给定一组初始值，所述的初始值格式为应用Levenberg-Marquardt优化搜索最小化公式的值，可得到各个系统参数；

所描述的测量方程，具体指：根据多直线相交方法在世界坐标系Q_W-X_WY_WZ_W下联立的方程组作为待测点坐标计算的模型，所述的世界坐标系是在本测量模型的参数标定时建立，此方程组为：

(R1N1)·(P-T1)=0(R2N2)·(P-T2)=0(R3N3)·(P-T3)=0...(RkNk)·(P-Tk)=0]]>

其中，k：激光平面标号；

P：世界坐标系下待测点坐标，P＝(x，y，z)^T；

N_k：激光平面的初始平面法向量，N_k＝(A_k，B_k，1)^T；

R_k：激光平面到初始位置的旋转矩阵；

T_k：激光平面旋转中心，T_k＝(T_xk，T_yk，T_zk)；

激光平面到初始位置的旋转矩阵为

Rk=cos(θk)-sin(θk)0sin(θk)cos(θk)0001]]>

其中，θ_k：为激光平面k的特征角度；

所述的误差补偿算法，具体步骤如下：

1)补偿系数确定，根据采集到的补偿数据点和待测点的测量数据，求解补偿系数方程组，得到激光平面i的测量方程补偿系数c_k(k＝1，…5)，其补偿系数方程组为

Σk=15ckcosθik=cosθijΣk=15ckcosθik=sinθijΣk=15ck(cosθikxk+sinθikyk)=cosθijx0+sinθijy0Σk=15ck(cosθikyk-sinθikxk)=cosθijy0-sinθijx0Σk=15ck=1]]>

其中，k：补偿数据点标号(k＝1，2，3，4，5)；

i：激光平面的标号；

j：待测点的标号；

θ_ik：第i个激光平面过补偿点k时转角；

θ_ij：第i个激光平面过测量点j时转角；

c_k：测量方程补偿系数；

x_k，y_k：第k个补偿点坐标；

x₀，y₀：未补偿测量点坐标；

2)测量方程补偿，利用所求补偿系数c_k(k＝1，…5)和未补偿坐标，对每一个光平面测量方程进行误差补偿，补偿后第i个激光平面测量方程为

(RiN~i)·P-(RiN~i)·T~i=Σk=15ck((RckN~i)·Pck-(RckN~i)·Ti)]]>

其中，k：补偿数据点标号(k＝1，2，3，4，5)；

i：激光平面的标号；

c_k：测量方程补偿系数；

P：未补偿测量点空间坐标，P＝(x，y，z)^T；

P_ck：第k个补偿点空间坐标，P_ck＝(x_ck，y_ck.z_ck)^T；

ΔT_i为第i个激光平面的标定旋转中心及其误差，

ΔT_i＝(ΔT_xi，ΔT_yi，ΔT_zi)^T；

ΔN_i为第i个激光平面的标定初始法向量及其误差，

ΔN_i＝(ΔN_xi，ΔN_yi，ΔN_zi)^T；

R为激光平面经过第j个待测点时的旋转矩阵；

R_ck为激光平面经过第k个补偿点时的旋转矩阵；

3)利用补偿后的测量方程求解待测点空间坐标，得到一次补偿结果(x₁，y₁，z₁)^T，并代替步骤1)中未补偿测量点坐标，进行二次迭代，如此循环直至满足迭代中止条件，得到消除系统标定误差(ΔA，ΔB，ΔT_x，ΔT_y，ΔT_z)后的测量结果(x，y，z)，以此结果作为最终结果。