[发明专利]用于方位确定系统的方位确定法、激光束探测器和探测器反射器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种方位确定法、该方位确定法的应用方法、一种激光 束探测器以及探测器反射器装置。

背景技术

借助于全站仪确定如移动式机器这样的对象的方位，也就是确定位 置和/或方向，很久以来就是已知的。在此例如反射棱镜以相对于对象已 知的位置安装在所述对象上，并且借助于全站仪用激光束测量所述反射 棱镜。全站仪接收反射射束。借助于发射和接收的射束的相位差或时间 差推导出反射器与全站仪的间距，并且根据射束的出射方向检测对象相 对于全站仪的立体角(Raumwinkel)，从而能够确定对象的位置。

接着，从借助这种系统确定的位置出发执行大多数的其它测量，这 些测量要与所述位置结合，并且通常也需要了解对象在空间内的方向。 在此原则上也可以根据两点或者多点的位置确定来判定方向。对于测量 技术的应用而言，为了明确确定在空间内的绝对位置应该确定对象的6 个自由度，至少确定位置，进而确定3个自由度。因此问题在于确定位 置和方向是基本独立地解决的两个任务，然而在许多应用方面必须组合 执行这两个任务。因而在通常情况下不仅需要对象的位置也需要其方向 或者说取向。

为了附加确定对象的取向，现有技术的系统例如应用彼此位置已知 的并被安装在机器上的多个反射元件。通过测量所述多个反射器并且通 过反射器彼此已知的相对位置确定机器的取向。这种系统的缺点在于， 对多个反射元件的测量是复杂的，并且多个全站仪的竖立和操作也都是 复杂的。

在水平面内确定对象取向的另一已知可行方案是应用指南针。

同样根据现有技术借助于GPS接收器(Global Positioning System全 球定位系统)确定移动式机器的位置也是已知的，GPS接收器例如安装 在机器上或者一体结合至机器中。为了附加地确定机器取向通常需要至 少两个水平间隔地安装在机器上的GPS接收器。在此根据已知的GPS位 置确定，求出每个接收器的位置，并且借助于接收器已知的相互相对位 置确定机器的取向。然而，通常为了通过GPS确定位置始终应该与至少 三个优选至少四个卫星保持联络，然而这种情况尤其是在桥下、在狭窄 成排的房子间工作时或者在其它遮挡下可能无法做到。此外，与测地测 量的准确性相比，卫星定位在机器位置特别是竖直位置的测量准确性方 面是更低的。

因此，在使用高精度光学测量方法(其在测地测量方面是已知的) 的条件下也带来了优点。

在提供关于机器的方向信息的另一已知可能方案中，追踪机器位置 并且根据位置的变化确定行驶方向。假如该行驶方向与机器的某个方向 相符合，那么由此可以推导出关于机器方向的信息。在该方法情况下忽 略了机器运动时的漂移。

WO 2006/070009示出了利用旋转激光器和两个探测器来确定对象 的位置和取向的方法。该旋转激光器发射具有与角度有关的信息的水平 激光束，所述激光束相应地被在已知位置处安装在机器上的两个探测器 接收。根据相应接收到的角信息和探测器已知的相互相对位置推导出机 器相对于旋转激光器的位置和取向。

用于确定对象的位置和取向的现有技术中的大部分已知方法和系统 始终都要求对至少两个水平间隔的测量点分开地进行测量。这总是非常 费事的，并且对于某些条件而言尤其如测量水平延伸长度非常小的对象 会是不准确和不适当。如前所述，GPS系统的使用可能性的限制性同样 是不利的。

WO 2006/097408描述了一种确定单元位置和方向的方位确定法。在 此，该可行方案基于例如通过激光扫描器这样的扫描系统来确定该单元 位置。通过测量设置在该单元上的接收器相对于从扫描单元发射的射束 的射束轴的位置来确定该单元的定位。根据对接收器相对于射束轴的位 置的认知以及接收器相对于单元承载组件的位置的认知能够推导出所述 单元的方向。进而根据位置及方向信息知晓空间内的位置。

因为根据接收器与射束轴的错开来确定所述方向并且接收器的镜片 仅具有有限的孔径角所以接收器的取向必须始终差 不多对应于射束轴，或者在该单元运动时始终紧随射束轴。因此，在一 个固定的时间点接收器准备好了，仅在某个有限的角度范围内进行接收。

发明内容