[发明专利]基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法

权利要求书

1.基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据发射站内部机械结构，设置嵌入有倾角传感器的发射站；

步骤二：基于自动安平水准仪与导轨机构，搭建水平基准坐标系；

步骤三：结合倾角传感器测量模型与发射站旋转测量模型，辅以水平基准坐标系，标定倾角传感坐标系与发射站测量坐标系相互位姿关系；

步骤四：通过倾角传感器的输出，结合姿态补偿算法，实时更新发射站姿态。

2.根据权利要求1所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，步骤二中建立水平基准坐标系的步骤如下：

步骤2-1：布置自动安平水准仪，根据水准泡将其调平；

步骤2-2：设置球形接收器和与其配套的承载球座；

步骤2-3：布置可升降的所述导轨机构，导轨机构上固定所述承载球座，承载球座上放置替代所述球形接收器的激光跟踪仪的反射靶球，调节导轨机构使反射靶球的球心处于水准器目镜十字叉丝交点处，即完成了等高控制点的布置；

步骤2-4：通过激光跟踪仪测量等高控制点及其他控制点，以等高控制点为xoy平面建立水平基准坐标系Oh-xhyhzh。

3.根据权利要求2所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，所述反射靶球为1.5英寸。

4.根据权利要求1所述基于倾角传感的室内测量定位系统基站姿态自动补偿方法，其特征在于，步骤三标定倾角传感坐标系与发射站测量坐标系相互位姿关系的步骤如下：

步骤3-1：结合发射站测量范围，在水平基准坐标系前布置发射站，发射站测量水平基准坐标系的所有点；

步骤3-2：定义发射站坐标系Ot-xtytzt，根据发射站测量模型，计算出发射站坐标系与水平基准坐标系Oh-xhyhzh的旋转矩阵，其中两个坐标系满足以下关系：

a m cosθ m + b m sinθ m a m sinθ m - b m cosθ m c m d m T · R T H T T H 0 1 · x h y h z h 1 = 0 ]]>其中(am,bm,cm,dm)m＝1,2是发射站的光平面方程,m是光平面方程序号，θ是发射站扫描角，(xh,yh,zh)为水平基准坐标系下坐标；分别是发射站到水平基准坐标系的旋转矩阵与平移矩阵；

步骤3-3：通过空间后方交会测量方法，计算得到发射站到水平基准坐标系的旋转矩阵步骤3-4：建立倾角传感器测量模型，定义倾角传感器坐标系为Oi-xiyizi；

步骤3-5：根据倾角传感器测量模型，将倾角传感器读数转化为绕相应轴的旋转角：

θ i = a γ i = - arcsin ( s i n β cos a ) ]]>

其中a和β是倾角传感器输出读数，θi和γi为倾角传感器绕自身x,y轴的旋转角；

则水平基准坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为：

R H I = R y i · R x i · R z i = cosγ i 0 sinγ i 0 1 0 - sinγ i 0 cosγ i 1 0 0 0 cosθ i - sinθ i 0 sinθ i cosθ i cosψ i - sinψ i 0 sinψ i cosψ i 0 0 0 1 ]]>

其中ψi为旋转矩阵中绕z轴旋转角；

步骤3-6：定义发射站坐标系到倾角传感器坐标系的旋转矩阵为并将旋转矩阵参数化

R H T = ( R T H ) - 1 = r 1 r 2 r 3 r 4 r 5 r 6 r 7 r 8 r 9 R T I = r i 1 r i 2 r i 3 r i 4 r i 5 r i 6 r i 7 r i 8 r i 9 ]]>

其中r1…r9为已知参数，ri1…ri9为待求参数；

步骤3-7：根据坐标系刚性变换关系，可以得到：

数学处理后即为：

r i 1 r 3 + r i 2 r 6 + r i 3 r 9 = - cosθ i sinγ i r i 4 r 3 + r i 5 r 6 + r i 6 r 9 = sinθ i r i 7 r 3 + r i 8 r 6 + r i 9 r 9 = cosθ i cosγ i ]]>

步骤3-8：调整测量基站至少三个姿态，结合旋转矩阵正交约束条件，构建非线性最优化目标方程，迭代优化求解；

E = Σ j = 1 n ( F j 1 2 + F j 2 2 + F j 3 2 ) + M Σ j = 1 6 f j 2 ]]>

其中

f 1 = r i 1 2 + r i 2 2 + r i 3 2 - 1 = 0 f 2 = r i 4 2 + r i 5 2 + r i 6 2 - 1 = 0 f 3 = r i 7 2 + r i 8 2 + r i 9 2 - 1 = 0 f 4 = r i 1 i 4 + r i 2 i 5 + r i 3 i 6 = 0 f 5 = r i 1 i 7 + r i 2 i 8 + r i 3 i 9 = 0 f 6 = r i 4 i 7 + r i 5 i 8 + r i 6 i 9 = 0 . ]]>