[发明专利]基于惯性引导的激光跟踪测量设备多目标测量方法与装置

摘要

本发明公开了一种基于惯性引导的激光跟踪测量设备多目标测量方法与装置，本发明集成了惯性测量装置与激光跟踪测量设备构成组合测量系统，发明了基于惯性引导的激光跟踪测量设备多目标自动测量方法。其中，惯性测量装置自主地以较高频率工作，不受现场环境影响，实时连续地为激光跟踪测量设备提供引导信息；同时，激光跟踪测量设备输出精确稳定的测量结果能够用来修正惯性测量装置的累积误差。本发明将两类测量方法及设备优势结合，同时弥补了对方的劣势，形成具备更佳综合性能的测量装置。

主权项

1.一种基于惯性引导的激光跟踪测量设备多目标测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使惯性测量装置与被测目标始终保持刚性连接关系，以表面多个基准点建立工件坐标系，并标定工件坐标系与惯性测量装置坐标系的转换关系；目标移动过程中，工件坐标系随之变化，定义初始时刻的工件坐标系为世界坐标系；定义激光跟踪测量设备自身的笛卡尔坐标系为激光跟踪测量坐标系，标定世界坐标系与激光跟踪测量坐标系的转换关系；惯性测量装置自主连续地测量目标位姿，利用激光跟踪测量设备高精度的测量结果修正惯性测量装置的累积误差；根据标定结果，将惯性测量装置的高频率测量结果转换到激光跟踪测量坐标系下，将基准点位置实时反馈到激光跟踪测量设备，引导激光束逐个对准基准点，完成多目标自动测量；其中，所述惯性测量装置自主连续地测量目标位姿，利用激光跟踪测量设备高精度的测量结果修正惯性测量装置的累积误差的步骤具体为：根据惯性测量装置的动态模型及性能，选取以下状态量：其中，为姿态角，为速度，为位置，为加速度计误差修正系数，为陀螺误差修正系数；以状态量的误差量建立状态方程：其中，F_k/k‑1为k‑1到k时刻的状态转移矩阵，ζ_k‑1为系统噪声；根据标定结果确定观测矩阵并建立观测方程：其中，为激光跟踪测量设备的测量结果，具体包括位置和姿态，观测噪声v_k；观测矩阵H_k；激光跟踪测量设备输出测量值时，利用上述状态方程(2)、观测方程(3)、系统噪声ξ_k及观测噪声v_k对状态量x_k进行最优估计，得到被测目标位姿的最优估计值；根据最优估计值得到误差系数，以此修正惯性测量装置的误差模型；其中，最优估计方法如下：状态量x_k最优估计值由系统预测值及实际观测值共同决定：式中，为状态量x_k的误差量，为上一时刻状态量的误差量，为由状态量误差更新得到的状态量误差的估计值；K_k为卡尔曼增益系数，按照最优估计准则，K_k应使状态量X_k均方差矩阵最小：式中，P_k/k‑1为上一时刻均方差递推得到的均方差估计值，R_k为观测噪声矩阵，由激光跟踪仪的误差分布特性确定；均方差矩阵P_k由系统状态转移矩阵F_k/k‑1、系统噪声矩阵Q_k‑1、观测矩阵H_k和卡尔曼增益系数H_k共同决定：式中，Q_k‑1为系统噪声矩阵，由惯性测量单元的误差统计特性决定。