一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法，包括：将IMU与wMPS光电接收器构成的位姿测靶刚性连接，利用三坐标测量机分别测量光电接收器球心坐标并拟合IMU自身坐标系，实现wMPS与IMU观测对象的统一；将刚性连接后的位姿测靶放置在被测目标上并随目标运动，利用激光发射站测量各接收器扫描角，构建光平面几何约束关系；将初始位置处的wMPS位姿观测作为IMU状态更新初值，利用IMU输出的角速度和加速度逐次更新IMU状态；若相邻两次IMU状态更新过程中有新的wMPS测量结果，则进行wMPS与IMU位姿测量数据融合，得到融合后的系统状态量，并结合IMU自身更新输出最终的位姿。终的位姿。终的位姿。

【技术实现步骤摘要】
一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法


[0001]本专利技术涉及大空间动态测量领域，尤其涉及一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法。

技术介绍

[0002]随着以航天器、飞机为代表的航空、航天领域高端装备制造技术的发展，智能制造成为重要趋势和研究热点，是促进装备制造向高端迈进、建设制造强国的重要举措。测量作为获取几何量信息的关键途径逐步融入装备制造的各个环节，是实现智能制造的必要前提。传统的单目标、静态测量模式难以满足效率和实时性等诸多要求，亟待研究与先进制造技术相匹配的高精度、多目标、多自由度动态测量技术，推动装备智能制造进程。
[0003]激光跟踪测量和视觉测量是当前装备制造中普遍采用的测量方式。作为激光跟踪测量系统的代表，激光跟踪仪利用相互垂直的两个回转机构驱动激光测头跟踪目标靶镜实现跟踪测量，单次只能测量单个目标，测量效率低。此外，由于靶镜接收角度有限，当其随目标运动，尤其是进行角运动时容易出现断光问题，影响动态测量连续性。视觉测量发展成熟，系统成本低，但是受视场角限制，单个相机的测量范围有限，视场边缘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法，其特征在于，所述方法包括：将IMU与wMPS光电接收器构成的位姿测靶刚性连接，利用三坐标测量机分别测量光电接收器球心坐标并拟合IMU自身坐标系，实现wMPS与IMU观测对象的统一；将刚性连接后的位姿测靶放置在被测目标上并随目标运动，利用激光发射站测量各接收器扫描角，构建光平面几何约束关系；将初始位置处的wMPS位姿观测作为IMU状态更新初值，利用IMU输出的角速度和加速度逐次更新IMU状态；若相邻两次IMU状态更新过程中有新的wMPS测量结果，则进行wMPS与IMU位姿测量数据融合，得到融合后的系统状态量，并结合IMU自身更新输出最终的位姿。2.根据权利要求1所述的一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法，其特征在于，所述利用三坐标测量机分别测量光电接收器球心坐标并拟合IMU自身坐标系，实现wMPS与IMU观测对象的统一具体为：利用三坐标测量机的接触式测头分别测量相互正交的三个平面上的多个特征点在三坐标测量机坐标系下的空间坐标，利用不同平面上的特征点分别拟合空间平面，进而确定坐标轴方向；三个平面的交点即为IMU坐标系原点；利用N个特征点拟合方程转化为使第一目标函数最小，通过最优化得到平面方程和法向量；利用接触式测头测量接收器球面上的多个特征点坐标；利用M个特征点拟合球面转化为使第二目标函数最小：通过最优化得到球心和半径。3.根据权利要求2所述的一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法，其特征在于，所述第一目标函数为：其中，为以XOY平面拟合得到的特征点三轴坐标；a0,a1,a2为平面方程z＝a0x+a1y+a2的系数；IMU坐标系的YOZ和ZOX平面的目标函数利用相同方法得到；所述第二目标函数为：其中，为球心坐标，R为球半径，为利用接触式测头测量接收器球面上的多个特征点的坐标。4.根据权利要求1所述的一种融合惯性测量信息的动态位置、姿态同步的测量方法，其特征在于，所述若相邻两次IMU状态更新过程中有新的wMPS测量结果，则进行wMPS与IMU位姿测量数据融合，得到融合后的系统状态量，具体为：构建系统方程和观测方程，根据IMU机械编排得到矩阵F和G；基于矩阵F和G将系统方程和观测方程离散化，得到其离散形式；将wMPS的观测噪声v
k
分解为白噪声v
k_w
和时间相关噪声v
k_c
，利用一阶自回归模型对时间相关噪声v
k_c
建模得到观测方程；
对系统状态量进行扩维，以[δx
k v
k
‑
...

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