[发明专利]一种基于距离交汇的舱体位姿动态测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于距离交汇的舱体位姿动态测量方法及其系统，该方法包括：A、利用舱体位姿测量模块测量高精度的舱体姿态信息的步骤；B、接收所述的舱体姿态信息，利用测距信息时间同步模块，并根据全站仪的测距信息预测当前时刻的距离信息，使三个全站仪测距信息达到时钟同步和时延消除；C、进行舱体距离交汇位置解算的步骤。采用本发明，通过结合惯性测量舱体姿态与全站仪测量仪器到舱体三个测量点的距离即可得到舱体的位姿数据，从而解决大尺度野外环境下舱体高精度位姿测量问题。

技术领域

本发明涉及大尺度野外环境下舱体高精度位姿测量技术，尤其涉及一种基于距离交汇的舱体位姿动态测量方法及系统。

背景技术

大尺度高精度测量是舱体控制精度的重要保证。舱体测量可以分为位置测量和姿态测量两部分，得到舱体稳定可靠的位姿信息是舱体运动学控制精度的基本要求。

现有的舱体位姿测量技术，主要利用激光全站仪、惯性设备等测量方法来实现。利用激光全站仪测量法，主要是通过测量舱体上不在同一直线上的三个点，再通过解算，得到舱体位姿信息。但是激光全站仪的轴系校准参数，会随着环境发生变化导致测点精度变差，因而影响位姿测量精度，此外由于全站仪测量频率较低，无法做到时间同步。而利用惯性设备测量法，短期测量相对精度高，但却存在零点漂移等的问题，又无法保证长时间测量的精度。

因此，亟待研究一种高精度的舱体位姿动态测量技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于距离交汇的舱体位姿动态测量方法及系统，克服全站仪测角精度随环境变化测量精度降低的缺点，通过结合惯性测量舱体姿态与全站仪测量仪器到舱体三个测量点的距离即可得到舱体的位姿数据，从而解决大尺度野外环境下舱体高精度位姿测量问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于距离交汇的舱体位姿动态测量方法，包括如下步骤：

A、利用舱体位姿测量模块测量舱体姿态信息的步骤；

B、接收所述的舱体姿态信息，利用测距信息时间同步模块，并根据全站仪的测距信息预测当前时刻的距离信息，使三个全站仪测距信息达到时钟同步和时延消除；

C、进行舱体距离交汇位置解算的步骤。

其中：步骤A所述利用舱体位姿测量模块测量舱体姿态信息的过程，具体为：通过全球导航卫星系统GNSS与惯性设备IMU融合，综合利用GNSS与IMU，测量舱体的姿态信息，即舱体坐标系相对全局坐标系的三个欧拉角。

步骤B具体为：利用GNSS和IMU融合信息中携带的高精度时钟信号、舱体运动速度及位置信息，根据全站仪的测距信息预测当前时刻的距离信息，从而实现三个全站仪测距信息的时钟同步和时延消除。

步骤C所述进行舱体距离交汇位置解算的步骤，具体为：通过位置解算模块，对舱体位姿信息的六个未知量，即x、y、z三个位置和α、β、γ三个姿态角度，对舱体位置进行解算；其中，所述的三个姿态角度通过GNSS和IMU融合精确测量得到，所述三个位置信息通过三个距离已知量解算得到。

所述进行舱体距离交汇位置解算的步骤，具体包括求的舱体位置P0的过程：

其中：R(α,β,γ)为舱体姿态，P1、P2、…、P6分别为6个全站仪的坐标；B1、B2、…、B6分别为反射棱镜在舱体坐标系下的坐标位置；d1、d2、…、d6分别为全站仪测距信息；P0为要解算的舱体位置。

一种基于距离交汇的舱体位姿动态测量系统，包括顺次连接的舱体位姿测量模块、测距信息时间同步模块和位置解算模块；其中：