[发明专利]一种空间定位系统建立基础坐标系方法

权利要求书

1.一种空间定位系统建立基础坐标系方法，其特征在于，建立基础坐标系的步骤为：

随机安装至少四个不共面的基站A、B、C、D组成一个基础的定位系统；

建立左手性空间定位系统或右手性空间定位系统，

右手性空间定位系统的建立包括以下步骤:

以基站A为坐标原点，基站A、C构成的向量为X轴，以X轴为参照，在平面ABC中建立Y轴，Z轴指向为基站D所在位置的竖直方向，构建空间坐标系；

左手性空间定位系统的建立包括以下步骤：

以基站A为坐标原点，基站A、B构成的向量为X轴，以X轴为参照，在平面ABC中建立Y轴，Z轴指向为基站D所在位置的竖直方向，构建空间坐标系；计算两两基站之间的距离；

计算虚拟坐标系中基站A、B、C、D的坐标：以右手性坐标系为标准建立虚拟坐标系，其中基站A、B、C、D的坐标为A(0,0,0)，B(X_B,Y_B,0)，C(b，0，0)，D(X_D，Y_D，Z_D)；

实际基站A’、B’、C’、D’在虚拟坐标系中的位置为两两基站之间长度的映射，即其中A’、B’、C’、D’与A、B、C、D分别互为映射，按照这样的映射关系，虚拟坐标系统与实际基站对应的坐标系统存在镜像或一致；

验证左手性坐标系、右手性坐标系与虚拟坐标系的关系：当右手性坐标系中的点与虚拟映射点一一对应且位置一致时，在空间移动信标Q，按照y→x→z轨迹移动，在虚拟坐标系中，同样会出现一个Q′点沿着y′→x′→z′移动，这个移动轨迹所构成的矢量坐标系为右手性空间坐标系轨迹；

初始时刻信标Q于点O处，通过在右手性坐标系测距系统中的测距值，即信标Q到A、B、C、D四点的距离分别为L_A、L_B、L_C、L_D，通过四点空间定位法计算信标Q在O处的坐标Q′，信标Q在X、Y、Z处得到相应坐标X′、Y′、Z′，由虚拟坐标系得出的运动的轨迹用向量表示为对矢量和做外积运算，即从而在上的投影的内积为正值，表示右手性坐标系与虚拟坐标系是一致的；

当左手性坐标系中的点与虚拟映射点镜像时，在空间移动信标Q，按照y→x→z轨迹移动，在虚拟坐标系中，同样会出现一个Q′点沿着y′→x′→z′移动，对应的y′→x′→z′移动轨迹为左手性空间坐标系轨迹；

初始时刻信标Q于点O处，通过在左手性坐标系测距系统中的测距值，即信标Q到A、B、C、D四点的距离分别为L_A、L_B、L_C、L_D，通过四点空间定位法计算信标Q在O处的坐标Q′，信标Q在X、Y、Z处得到相应坐标X′、Y′、Z′，由虚拟坐标系得出的运动的轨迹用向量表示为对矢量和做外积运算，即从而在上的投影的内积为负值，表示左手性坐标系与虚拟坐标系是镜像的；

确定D点基站的竖坐标Z_D的取值，进而确定实际的基站A、B、C、D在虚拟坐标系中的坐标；

在虚拟坐标系下对α平面拟合，所述α平面为空间定位系统的测量平面；

旋转虚拟坐标系的β平面，所述β平面为虚拟坐标系的水平面，OXY平面；

平移虚拟坐标系的β平面，使得测量平面和虚拟坐标系的水平面平行。

2.根据权利要求1所述一种空间定位系统建立基础坐标系方法，其特征在于，满足分布式局部定位基站局部区域分布密度的情况，随机安装四个不共面的基站，且四个基站的信号覆盖范围有公共信号区域。

3.根据权利要求1所述一种空间定位系统建立基础坐标系方法，其特征在于，两两基站之间的距离通过基础定位系统内部基站互相测量并取平均值的方法得到。

4.根据权利要求1所述一种空间定位系统建立基础坐标系方法，其特征在于，在虚拟坐标系下对α平面拟合，α平面对应的单位化法向量为N。

5.根据权利要求1所述一种空间定位系统建立基础坐标系方法，其特征在于，将虚拟坐标系的水平面β平面旋转至与空间定位系统的测量平面α平面平行，表示为α＝Rβ，R为β平面旋转至α平面的旋转矩阵。

6.根据权利要求1所述一种空间定位系统建立基础坐标系方法，其特征在于，先平移后旋转的数学表达式为α＝R(β+e₁)，先旋转后平移的数学表达式为α＝Rβ+e₂，e₁表示相对于虚拟坐标系的平移矢量，e₂表示相对于旋转之后的虚拟坐标系的平移矢量。