[发明专利]一种基于载体滚转的棱镜安装参数标定方法

摘要

提供一种不依赖于载体外部物理基准平面的棱镜标定方法。通过载体携带标定仪进行滚转，即可获得标定仪、载体、棱镜之间的相对关系，完成棱镜与其载体安装偏差的标。不需要载体有固定用的物理基准面，和载体外部形状、体积、重量无关。标定结果为棱镜参考载体的测量坐标系的角度，减少了载体基准面向测量坐标系的传递过程，使得标定更直接、便捷。

主权项

1.一种基于载体滚转的棱镜安装参数标定方法,其特征在于：包括以下步骤：S1:双路自准直仪与三轴倾角测量仪构成标定仪，O-XMYMZM为载体坐标系，为棱镜棱脊矢量，为棱镜棱脊在载体坐标系O-XMYMZM的XMOYM平面上的投影，αE为与XM轴的夹角，βE为与轴的夹角，αE与βE为待标定量；S2：三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC，而双路自准直仪中与O-XCYCZC重合的坐标系为O-XHYHZH，O-XHYHZH对棱镜自准直读数为AH，而与YC有夹角的坐标系为O-XVYVZV，且O-XVYVZV坐标系XH轴与O-XCYCZC坐标系XC轴重合，YV与YC夹角为20°，O-XVYVZV对棱镜自准直读数为AV，载体坐标系O-XMYMZM与三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC各坐标轴相对于水平面的倾角使用E表示；S3：将标定仪固定，YH光轴对棱镜准直时的倾角为θ1＝0°，YV轴对棱镜准直时的倾角为θ2＝-20°，双路自准直仪中两个坐标系的读数差dA有：dA＝AH-AV (1)根据直角棱镜的光学准直特性有：dA＝arcsin(tanβH·tanθ1)-arcsin(tanβH·tanθ2) (2)由式(1)、(2)可得：βH＝arctan(sindA/tan20°) (3)棱镜棱脊在O-XCYCZC坐标系中的表达式为VLC＝[-cosβHcosAH cosβHsinAH sinβH] (4)S4：记录载体坐标系O-XMYMZM的倾角EXM1、EYM，三轴倾角测量仪三轴倾角测量坐标系O-XCYCZC的倾角EXC1、EYC，并假设载体坐标系O-XMYMZM的YM轴方位为零；载体坐标系O-XMYMZM倾角EXM1、EYM转换为相应的欧拉角ρM1、γM1，用于表达载体坐标系O-XMYMZM的地理姿态 ρ M 1 = - EY M γ M 1 = arcsin sinEX M 1 cosEY M - - - ( 5 ) ]]> R H M = cosγ M 1 sinγ M 1 cosρ M 1 sinγ M 1 cosρ M 1 0 cosρ M 1 - sinρ M 1 - sinγ M 1 cosγ M 1 sinρ M 1 cosγ M 1 cosρ M 1 - - - ( 6 ) ]]>同理可得三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC地理倾斜姿态 R H C = cosγ C 1 sinγ C 1 cosρ C 1 sinγ C 1 cosρ C 1 0 cosρ C 1 - sinρ C 1 - sinγ C 1 cosγ C 1 sinρ C 1 cosγ C 1 cosρ C 1 · cosψ Y C - sinψ Y C 0 sinψ Y C cosψ Y C 0 0 0 1 - - - ( 7 ) ]]>式中ψYC为三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC的YC方位；S5：通过载体绕XM轴滚转的方式，使得载体坐标系O-XMYMZM的ZM轴水平，记录载体坐标系O-XMYMZM的倾斜角EXM2、EZM，三轴倾角测量坐标系O-XCYCZC的倾斜角EXC2、EZC，并假设载体坐标系O-XMYMZM的ZM轴方位为零；载体坐标系O-XMYMZM倾角EXM2、EZM转换为相应的欧拉角ρM2、γM2，用于表达载体坐标系O-XMYMZM的地理倾斜姿态其中： ρ M 2 = - EZ M γ M 2 = a r c s i n sinEX M 2 cosEZ M - - - ( 8 ) ]]> R V M = cosγ M 2 - sinγ M 2 cosρ M 2 sinγ M 2 sinρ M 2 sinγ M 2 cosγ M 2 cosρ M 2 - cosγ M 2 sinρ M 2 0 sinρ M 2 cosρ M 2 - - - ( 9 ) ]]>同理可得三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC地理倾斜姿态 R V C = cosγ C 2 - sinγ C 2 cosρ C 2 sinγ C 2 sinρ C 2 sinγ C 2 cosγ C 2 cosρ C 2 - cosγ C 2 sinρ C 2 0 sinρ C 2 cosρ C 2 · cosψ Z C 0 - sinψ Z C 0 1 0 sinψ Z C 0 cosψ Z C - - - ( 10 ) ]]>式中ψZC为三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC的ZC方位；S6：由于载体坐标系O-XMYMZM与三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC为固定关系，在滚转前后两者的相对关系不变；定义满足则： R M C = R H C · R H M - 1 = R V C · R V M - 1 - - - ( 11 ) ]]>将上述公式(6)(7)(9)(10)代入后可以解出ψYC、ψZC，并得到S7：由式(4)所得棱镜棱脊相对于三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC的表达式VLC、载体坐标系O-XMYMZM与三轴倾角测量仪坐标系O-XCYCZC的转换关系可以得到棱镜棱脊在O-XMYMZM坐标系的表达式VLM； VL M = VL C · R M C - - - ( 12 ) ]]>对VLM按照定义进行分解可得αE、βE α E = a r c t a n ( VL M ( 2 ) / VL M ( 1 ) ) β E = a r c s i n ( VL M ( 3 ) ) - - - ( 13 ) ]]>式中VLM(i)(i＝1,2,3)分别表示矢量VLM的第i个分量。