[发明专利]一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法

权利要求书

1.一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：在三轴转台上分别设置外轴和中轴的三组姿态角度，选定初始位置作为零位，外轴和中轴三次转过的角度定为三个姿态，初始位置定于三轴转台中心的世界坐标与定在外轴、中轴上的局部坐标重合，分别在外轴和中轴上测出n个控制点的局部坐标，在不同姿态下，各控制点的局部坐标不变，根据转过的三组角度求出转动后的控制点的新的世界坐标；同时，用全站仪测三轴转台初始位置以及转过三组角度后的相同控制点的全站仪坐标系下的坐标，利用DLT直接线性变换方法求出全站仪坐标到三轴转台世界坐标的位姿关系，从而求出所有控制点的在转动三组角度后的世界坐标；通过三轴转台与全站仪两种方法得到的控制点的不同姿态下的世界坐标，从而对比分析得出全站仪的空间位姿测量精度。

2.按照权利要求1所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.在三轴转台上建立世界坐标系和局部坐标系，这里选用三轴转台的外轴和中轴进行转动，初始位置中轴-90度，外轴135度，此时世界坐标系坐标原点设置在三轴转台中心处，X轴与外轴轴线重合，Z轴与中轴轴线重合，利用右手定则确定Y轴，两个局部坐标系分别与外轴和中轴固定，初始状态世界坐标系与两个局部坐标系是重合的；

选定二十个控制点，其中十个位于外轴上，设为Pn，十个位于中轴上，设为Qn，人工测量出所有控制点的世界坐标，此时的世界坐标与局部坐标相同，在外轴、中轴旋转过程中，局部坐标始终保持不变；

以右手为基准，大拇指指向Z轴方向，旋转方向与其余四指重合则为正，反之则为负；姿态一：外轴转动20度，中轴转动30度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴115度，中轴-60度；姿态二：外轴转动-10度，中轴转动40度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴145度，中轴-50度；姿态三：外轴转动-25度，中轴转动15度，此时三轴转台的主控制计算机显示外轴160度，中轴-75度；分别由三轴转台姿态角度计算出从局部坐标到世界坐标的转化关系，从而计算出各姿态下控制点的世界坐标；

b.与步骤a的同时，架设全站仪，按右手定则确定全站仪坐标系，在三轴转台的初始状态下，使用全站仪免调平测量得到初始状态下控制点的全站仪坐标，根据控制点的世界坐标以及全站仪坐标，用DLT方法求出全站仪坐标系到世界坐标系的转化关系，并根据转化关系算出三种对应的姿态下控制点的世界坐标；

c.将步骤a得到的控制点的世界坐标与步骤b得到的控制点的世界坐标进行比对，实现对全站仪坐标测量转换精度的校核验证。

3.按照权利要求2所述的一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法，其特征在于：步骤a中，由三轴转台三次姿态变化，且全过程中局部坐标不变且已知，反求局部坐标系到世界坐标系的转化关系，从而求解得到所有控制点在三个姿态下的世界坐标，包括如下步骤：

三轴转台的主控制计算机上显示的中轴和外轴角度分别为-90度、135度，将此设定为三轴转台的初始状态，并确定世界坐标系与局部坐标系，世界坐标系的原点位于三轴转台的中心，X轴与初始状态的外轴的轴线重合，Z轴竖直指向上方，用右手定则确定Y轴，同理，确定分别与外轴、中轴固定的局部坐标系，在初始状态下，三个坐标系完全重合；人工测量外轴上的10个控制点Pn以及中轴上的10个控制点Qn的初始世界坐标，此时的坐标就是Pn在外轴局部坐标系下的坐标，Qn在中轴局部坐标系下的坐标；

三组姿态下外轴转过角度为Φ1，中轴转过角度为Φ2，世界坐标V_w＝(X_w，Y_w，Z_w)与局部坐标V_b＝(X_b，Y_b，Z_b)满足如下转换公式:

姿态一：Φ1＝20°，Φ2＝30°

外轴：

则

则

同理可得：中轴：

姿态二：Φ1＝-10°，Φ2＝40°

外轴：

中轴：

姿态三：Φ1＝-25°，Φ2＝15°

外轴：

中轴：

由公式(1)—(6)求出20个控制点在三种姿态下的世界坐标。