[发明专利]一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统进行位置姿态测量的方法，其特征在于：所述的位置姿态测量系统包括光学成像定位系统（1）、惯性测量单元（2）、里程仪（3）、轨道测量车架（4）、数据采集板（5）、中心计算机（6）和光学刚体（21）；光学成像定位系统（1）包含四个摄像头，分成两组，每组两个摄像头，相向180度分别置于轨道测量车架（4）两侧，轨道（20）左右两侧CPIII控制点（19）分别放置光学刚体（21），光学成像定位系统（1）对轨道（20）左右两侧CPIII控制点（19）放置的光学刚体（21）进行一次成像，得到两个光学刚体上四个光点坐标，通过四个光点坐标解算光学成像定位系统（1）的位置及姿态；惯性测量单元（2）包含三支陀螺仪（7）和三支加速度计（8），分别用于测量轨道测量车架（4）运动过程中的三轴角速度和三轴加速度；里程仪（3）用于测量轨道测量车架（4）的运行里程；轨道测量车架（4）为刚性T型结构，用于在轨道（20）上运行，反映轨道（20）的几何参数状态；数据采集板（5）采集光学成像定位系统（1）的位置姿态数据、惯性测量单元（2）的三轴角速度和三轴加速度数据及里程仪（3）的里程数据，并将数据发送到中心计算机（6）；中心计算机（6）接收到上述数据，并利用惯性测量单元（2）的数据及里程仪（3）的数据进行航位递推；利用光学成像定位系统（1）的位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，计算得到轨检车的位置及姿态信息，所述光学刚体（21）包含两个有源或无源光点，两个光点相对位置及光点大小已知，呈哑铃状，垂直方向分布，通过连接杆安装于CPIII控制点（19）； 所述的基于光学惯性组合的轨检车位置姿态测量系统进行位置姿态测量方法，包括以下步骤：

步骤（1）：轨道测量车架（4）在轨道（20）上移动；

步骤（2）：惯性测量单元（2）测量轨道测量车架的角速度及加速度数据，里程仪（3）测量轨道测量车架（4）的运行里程数据；

步骤（3）：利用惯性测量单元（2）数据及里程仪（3）数据进行航位递推；

步骤（4）：轨道测量车架（4）移动到光学成像定位系统（1）对光学刚体（21）的可视范围内时，光学成像定位系统（1）对预先放置于轨道（20）左右两侧CPIII控制点（19）的两个光学刚体（21）进行一次成像，计算得到光学成像定位系统的位置及姿态；

步骤（5）：利用光学成像定位系统（1）的位置姿态数据与航位递推数据进行基于Kalman滤波的前向迭代融合，计算得到轨道测量车架（4）的位置及姿态信息；

其中，所述步骤（4）中的光学成像定位系统（1）的位置及姿态解算流程如下：

步骤（a）：轨道（20）左右两侧CPIII控制点（19）分别放置光学刚体（21）；

步骤（b）：利用光学成像定位系统对两个光学刚体（21）进行一次成像，得到四个光点坐标；

步骤（c）：通过四个光点坐标利用光学立体成像解算光学成像定位系统（1）的位置及姿态。