用于空间测量定位的合作靶标定向装置及其定向方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于空间测量定位的合作靶标定向装置，包括立方体的合作靶标，接收单元和信号处理单元；所述靶标外表面固定设置多个接收单元，用于接收发射站光平面信号并二值化为逻辑脉冲；所述接收单元为两两相对设置，且每两个相对设置的接收单元分别位于相对的平面上；所述接收单元为圆形目标,所述圆形目标的圆心位置作为目标点；所述信号处理单元位于所述合作靶标的内部，用于将所述接收单元接收并转化的信号转换为扫描角度，通过有线网络或无线网络将数据发送到解算计算机。本发明专利技术还公开了一种空间测量定位的定向方法。

【技术实现步骤摘要】
用于空间测量定位的合作靶标定向装置及其定向方法
本专利技术属于空间三维坐标精密测量
，特别涉及一种用于空间测量定位的合作靶标定向装置及其定向方法。
技术介绍
空间测量定位系统是一种分布式测量系统，以精密旋转结合多路激光扫描构建覆盖全周向的激光测量场，通过测量节点形成的多角度观测量交会获取接收节点处的三维坐标，该类旋转激光扫描分布式测量系统以尼康公司的iGPS和天津大学的wMPS系统为代表。系统各个基站之间的位姿关系的精确确定(又称系统定向过程)是实现系统高精度测量的关键。在传统空间测量定位系统定向方法中，专利(申请号：CN201110234777.0)公开了一种采用标准杆的工作空间测量定位系统快速定向方法，该方法利用发射站工作时水平安置的特点，通过引入基准长度约束结合空间角度交会测量模型对发射站的定向参数进行优化解算，但该方法只利用了一维的长度约束，基准长度需要预先标定，且要求基准尺移动多个位置，所需移动空间较大。专利(申请号：CN201510689702.X)公开了一种基于wMPS系统的移动发射站快速定向方法，该方法联合基准长度约束和固定点位约束，可以快速地将移动站坐标系定向到全局坐标系下，但该方法依赖外部空间中预先布置的固定三维特征点，现场配置灵活性较差。此外，这两种方法使用的基准长度约束和固定点位约束都依赖于更高精度的辅助测量设备获取，此时系统定向精度受同尺寸接收节点工装互换精度的影响较大，如系统的球型接收器和激光跟踪仪的反射靶球之间的对心误差将会引入到定向参数中。综上所述，现有的空间测量定位系统定向方法依赖更高精度的辅助测量设备获取约束场基准尺长信息或固定点位信息，而且系统定向精度受接收节点工装互换精度的影响较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决空间测量定位系统现有定向方法依赖更高精度的辅助测量设备、系统定向精度受接收节点工装互换精度影响较大的问题，提供一种用于空间测量定位的合作靶标定向装置及其定向方法，首先，合作靶标上集成的多个接收单元确保了充分的两两相对位置关系，可移动合作靶标构成冗余空间约束条件；其次，定向方法以靶标上各个接收单元中心位置的空间相对距离不变为刚性约束条件，不需要预先标定靶标控制点位置关系，避免了接收节点球型工装互换对心误差的引入，定向方法灵活性好同时也保证了较高的定向精度。为解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种用于空间测量定位的合作靶标定向装置，包括立方体的合作靶标，接收单元和信号处理单元；所述靶标外表面固定设置多个接收单元，用于接收发射站光平面信号并二值化为逻辑脉冲；所述接收单元为两两相对设置，且每两个相对设置的接收单元分别位于相对的平面上；所述接收单元为圆形目标,所述圆形目标的圆心位置作为目标点；所述信号处理单元位于所述合作靶标的内部，用于将所述接收单元接收并转化的信号转换为扫描角度，通过有线网络或无线网络将数据发送到解算计算机。进一步的，所述靶标上固定设置6个接收单元，其中3个接收单元位于所述靶标的顶部，另3个接收单元位于所述靶标的底部。一种利用所述合作靶标定向装置的空间测量定位的定向方法，包括如下步骤：步骤1：在待测区域固定若干待定向发射站，其中各发射站相距一定距离；结合发射站的测量范围,在待测量的公共区域附近设置一个合作靶标定向装置，且所述合作靶标定向装置上各接收单元到各个发射站之间无遮挡；随机选择一个所述发射站为主站，将所述主站坐标系作为全局坐标系O-XYZ；步骤2：在各发射站测量的公共区域中将所述合作靶标定向装置前后移动多个位置，每个位置由接收单元采集各发射站的两个光平面信号，由信号处理单元将光平面信号转换为扫描角度并发送至解算计算机；步骤3：根据步骤2获得的扫描角度获得两个光平面自初始时刻起旋转到达接收单元时的旋转角度，再将所述发射站的初始位置的光平面法向量左乘旋转矩阵获得旋转后的光平面法向量；步骤4：根据步骤2获得的扫描角度和步骤3获得的光平面法向量建立单站测角模型，优化求解定向参数初值，获取定向参数初值后，再次优化求解定向参数精确值。进一步的，所述步骤4具体包括：步骤401：估算所述接收单元在合作靶标坐标系下的坐标初值随后建立单站测角模型，利用单站测角模型中后方交会原理求解所述全局坐标系到其他发射站坐标系的定向参数初值；步骤402：根据获得的定向参数初值作为定向算法的迭代起点，利用合作靶标上各接收单元中心位置空间相对距离不变为刚性约束条件，对各发射站坐标系到全局坐标系的定向参数建立优化方程进行优化求解，迭代算法全局收敛后，得到的计算结果即为定向参数的精确值。其中，步骤401中所述定向参数包括旋转矩阵和平移矩阵。与现有技术相比，本专利技术有益效果及显著进步在于：本专利技术所述的利用合作靶标定向装置的空间测量定位系统定向方法以合作靶标上各接收单元中心位置空间相对距离不变为刚性约束条件，无需事先精确确定合作靶标上各接收单元间的相对位置关系，消除了接收节点球型工装互换精度对定向参数精度的影响，同时合作靶标上多接收单元的设计保证了充分的约束条件，以冗余空间图形约束信息提高标定精度；而且本专利技术的定向方法简单有效，以两步优化组成，第一步为在每个靶位处利用单站测角模型中后方交会原理优化求解合作靶标坐标系到T1坐标系间的定向参数初值；第二步为利用第一步得到的初值再次优化求解各发射站坐标系到全局坐标系的定向参数精确值。附图说明图1是本专利技术所述的合作靶标定向装置的结构示意图；图2是本专利技术所述的定向方法的工作原理图。图中：1：合作靶标；2：接收单元；3：信号处理单元。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本专利技术实施例中所提供的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，一种用于空间测量定位的合作靶标定向装置，包括长方体的合作靶标1，接收单元2和信号处理单元3；所述靶标1外表面固定设置多个接收单元2，所述接收单元与所述靶标外表面之间通过连接杆固定连接；所述接收单元2为两两相对设置，且每两个相对设置的接收单元分别位于相对的平面上；所述靶标上固定设置6个接收单元，其中3个接收单元位于所述靶标的顶部，另3个接收单元位于所述靶标的底部，设置有所述接收单元的两平面间隔一定距离。所述信号处理单元位于所述合作靶标的内部，用于将所述接收单元接收并转化的信号计算出同步光平面信号与扫描光平面信号之间的时间差以及两个扫描光平面信号之间的时间差，并转换为扫描角度，通过靶标内部的无线网络或有线网络传输单元发送到解算计算机。图2示出一种利用所述合作靶标定向装置的空间测量定位的定向方法，所述定向方法包括：步骤一、固定若本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空间测量定位的合作靶标定向装置，其特征在于，包括立方体的合作靶标(1)，接收单元(2)和信号处理单元(3)；/n所述靶标外表面固定设置多个接收单元(2)，用于接收发射站光平面信号并二值化为逻辑脉冲；所述接收单元(2)为两两相对设置，且每两个相对设置的接收单元分别位于相对的平面上；所述接收单元为圆形目标,所述圆形目标的圆心位置作为目标点；/n所述信号处理单元(3)位于所述合作靶标的内部，用于将所述接收单元接收并转化的信号转换为扫描角度，通过有线网络或无线网络将数据发送到解算计算机。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于空间测量定位的合作靶标定向装置，其特征在于，包括立方体的合作靶标(1)，接收单元(2)和信号处理单元(3)；
所述靶标外表面固定设置多个接收单元(2)，用于接收发射站光平面信号并二值化为逻辑脉冲；所述接收单元(2)为两两相对设置，且每两个相对设置的接收单元分别位于相对的平面上；所述接收单元为圆形目标,所述圆形目标的圆心位置作为目标点；
所述信号处理单元(3)位于所述合作靶标的内部，用于将所述接收单元接收并转化的信号转换为扫描角度，通过有线网络或无线网络将数据发送到解算计算机。


2.根据权利要求1所述的合作靶标定向装置，其特征在于，所述靶标上固定设置6个接收单元，其中3个接收单元位于所述靶标的顶部，另3个接收单元位于所述靶标的底部。


3.一种利用根据权利要求1所述的合作靶标定向装置的空间测量定位的定向方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在待测区域固定若干待定向发射站，其中各发射站相距一定距离；结合发射站的测量范围,在待测量的公共区域附近设置一个合作靶标定向装置，且所述合作靶标定向装置上各接收单元到各个发射站之间无遮挡；随机选择一个所述发射站为主站，将所述主站坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：林嘉睿，邾继贵，任永杰，杨凌辉，荆伟杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12