[发明专利]一种高精度复合水平测角系统

权利要求书

1.一种高精度复合水平测角系统，其特征在于，包括：

镜头（1），所述镜头（1）设置在高精度转台（2）上；

高精度转台（2），所述高精度转台（2）设置在测角平台（3）上，用于在测角平台（3）上水平旋转；以及用于带动镜头（1）上下旋转，调整镜头（1）的位置；以及，

测角平台（3），用于支撑并连接高精度转台（2）；

所述高精度转台（2）具有X、Y、Z三个方向的旋转自由度，用于实现大角度测量；

所述高精度复合水平测角系统利用GPS获取实时位置数据，通过计算得出当前太阳相对于镜头（1）的位置，高精度复合水平测角系统控制高精度转台（2）转动，调整镜头（1）的位置，使太阳成像在镜头（1）后的CMOS上；

阳光通过镜头（1）上安装的薄膜后能量被削弱，然后汇聚在CMOS上，形成一个光斑；

通过传感器获取CMOS上的信号，利用算法判断光斑成像的位置，获取太阳成像的位置之后，算出当前镜头（1）与太阳光线之间的角度，通过太阳光线的角度和当前高精度转台（2）记录的转动角度以及当前经纬度数据进行姿态矩阵的运算，从而确定车辆当前姿态，通过姿态控制算法计算得到车辆倾角；

所述通过姿态控制算法计算得到车辆倾角包括：

在测量过程中，通过高精度复合水平测角系统的控制单元调节镜头（1）对准太阳，使镜筒与太阳光平行；利用CMOS记录稳定后的光点与中心的偏差d，求出此时太阳的偏离角度γ；此时的镜筒与车辆车身形成一个夹角θ，利用车身安装的高精度转台（2）记录下镜筒与车身的夹角，通过高精度复合水平测角系统自带的当前时间数据，确定当前年份Y，序日D和时刻H；

先求出在一天时间内地球自转的角度h：

(26)

再求出此时地球的姿态矩阵R：

(27)

再通过GPS读取实时经纬度数据经度L和纬度W，算出当前所处位置车辆无水平倾角时的标准姿态矩阵：

(28)

利用太阳照射对地球光照角度sa进行计算：

(29)

求出角度sa后算出镜筒的矩阵：

镜筒的光路为镜筒坐标系的Z′轴，指向太阳的方向，Y′轴垂直于Z’轴，朝向北极一侧建立右手坐标系；当镜筒平放时，将车辆坐标系绕X轴旋转欧拉角sa+γ就得到镜筒的姿态矩阵：

(30)

由此求出镜筒的坐标系为：

(31)

当镜筒对准太阳后，记录下的θ用于由镜筒的姿态矩阵求解当前车辆的姿态矩阵：

(32)

求解车辆实际的姿态矩阵后，利用车体实际姿态等于车辆标准姿态发生旋转后的姿态这个运动关系，求出车辆的倾角矩阵为：

(33)

由通过反三角函数解出车辆倾角。