一种三维坐标系坐标轴不正交的校正方法技术

本发明专利技术公开了一种三维坐标系坐标轴不正交的校正方法，包括以下步骤：由坐标轴正交与不正交时坐标量与不正交角之间的关系，建立校正方程；并由变换位置的多次实际物理量测量值的校正关系，确定计算不正交角的目标函数；应用最优化技术变量轮换法通过求取目标函数的最优值，确定不正交角；由确定的不正交角实现三维坐标轴之间不正交的校正。本发明专利技术可靠性强、精度高、可有效提高三维坐标系坐标轴不正交的校正精度。交的校正精度。交的校正精度。

【技术实现步骤摘要】
一种三维坐标系坐标轴不正交的校正方法


[0001]本专利技术涉及三轴正交坐标系测量空间物理量领域，特别涉及一种三维坐标系坐标轴不正交的校正方法。

技术介绍

[0002]随着智能和信息技术的发展，移动测距与定位技术的应用已经越来越广泛。移动测距与定位系统可以用来对人员、事件、物品和设备等进行测距与定位，以满足移动办公、运输、物流、旅游、国土资源调查、海洋监测、工程施工与监测、军事等行业的需求。
[0003]移动测距与定位主要有基于移动通信网络和基于移动终端的技术，其共同的特点是需要外界的信号源，如移动通信基站、卫星等。目前，GPS、北斗卫星系统和移动通信网络系统等目前实用化的移动测距与定位技术不仅是需要外界的信号源，而且必须应用在外界信号源能覆盖到的地方。这在很多实际应用场景是不能满足的，如地下矿业开采、地下工程施工、地下钻孔测控、地下管道检测、地铁、隧道以及水下工程、水下探测与测控等隐蔽的场景，外界信号源不能覆盖到。但随着社会经济的发展，这些隐蔽工程中移动物体的高精度测距与定位，越来越成为需要解决的迫切问题。
[0004]不依赖外界信号源、具有自主式导航定位功能的技术是惯性导航技术。惯性导航是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位置信息来确定移动物体的方位、位置和速度的自主式航位推算的导航系统。惯性测量组件是惯性导航的核心组件，其输出信息的准确性在很大程度上决定了系统的精度。应用过程中，需要基于三维正交的坐标系安装三维方向的惯性导航组件的测量，但三维方向由于结构加工和安装误差等原因，会造成三维方向出现彼此不正交的情况，对测距和定位精度产生很大的影响，是惯性导航技术在测距与定位工程应用中需要解决的科学技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供高精度的一种三维坐标系坐标轴不正交的校正方法。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：一种三维坐标系坐标轴不正交的校正方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007]步骤1：设在三维正交坐标系，O-XYZ为正交指标系，坐标量为x，y，z；O-X'Y'Z'为实际的不正交坐标系，坐标量x'，y'，z'；以X轴为基准，X'轴与X轴重合，Y'轴与X轴的不正交角为θ
XY
，Y'轴与Z轴的不正交角为θ
YZ
，Z'轴与X轴的不正交角为θ
ZX
，得出不正交校正关系为
[0008][0009]步骤2：在实际三维坐标系中安装测量传感器，进行物理量测量；
[0010]设实际三维坐标系测得的物理量分别为H'
x
、H'
y
、H'
z
，由式(1)的不正交校正关系，得到校正后的物理量值为
[0011][0012]进行变换空间位置的N次测量，得到
[0013][0014][0015][0016]建立不正交角确定的目标函数
[0017][0018]求目标函数的最优值，确定不正交角θ
XY
、θ
YZ
、θ
ZX
。
[0019]步骤3：采用最优化技术的无约束条件下多变量函数的寻优方法“变量轮换法”计算不正交角θXY、θYZ、θZX；
[0020]设x1＝θ
XY
,x2＝θ
YZ
,x3＝θ
ZX
；变量轮换法求不正交角的目标函数为一个三元函数S＝Q(x1,x2,x3)；设极值点存在的区间为a1≤x1≤b1,a2≤x2≤b2,a3≤x3≤b3。搜索过程如下：若从X
(0)
＝(x
1(0)
，x
2(0)
，x
3(0)
)出发，先固定x1＝x
1(0)
、x2＝x
2(0)
不变，变动x3求以x3为单变量的目标函数的最优点，得到了点X
(1)
＝(x
1(0)
，x
2(0)
，x
3(1)
)及相应的目标函数S
(1)
＝f(X
(1)
)；然后固定x1＝x
1(0)
、x3＝x
3(1)
不变，变动x2求以x2为单变量的目标函数的最优点，可得点X
(2)
＝(x
1(0)
，x
2(1)
，x
3(1)
)及S
(2)
＝f(X
(2)
)；因为S
(2)
优于S
(1)
值，因此进一步搜索x2时，可把搜索区间缩小为x
2(0)
≤x2≤b2；然后固定x3＝x
3(1)
，x2＝x
2(1)
不变，变动x1求以x1为单变量的目标函数的最优点，可得点X
(3)
＝(x
1(1)
，x
2(1)
，x
3(1)
)及S
(3)
＝f(X
(3)
)；因为S(3)优于S(2)值，因此进一步搜索x1时，可把搜索区间缩小为x
1(0)
≤x1≤b1；在新的区间中重复以上的交替步骤，每次搜索不仅可使目标函数值得到改善，而且还可以把搜索的期间进一步缩小；固定x1＝x
1(1)
，x2＝x
2(1)
，变动x3，得最优点x
(4)
＝(x
1(1)
，x
2(1)
，x
3(2)
)及S
(4)
＝f(X
(4)
)。同理，因为S
(4)
值优于S
(3)
，故可把x3的搜索区间缩小为x
3(1)
≤x3≤b3，如此不停的交错搜索，直至最后达到的精度为止；得到不正交角为x1、x2、x3。
[0021]重复确定多组不正交角确定不正交角θ
XY
、θ
YZ
、θ
ZX
采用与步骤3类似的多变量函数寻优方法。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：本专利技术基于三维方向由于结构加工和安装误差等造成的不正交为小角度的实际情况，通过建立校正方程，确定目标函数，应用最优化技术变量轮换法，实现三维坐标轴之间不正交的校正，实现三维坐标轴的相互正交。
附图说明
[0023]图1为平面坐标系坐标轴不正交关系图。
[0024]图2为三维坐标系坐标轴不正交关系图。
具体实施方式
[0025]在平面坐标系中，设X轴与Y轴为正交坐标系，坐标量为x，y；X'轴与Y'轴为不正交坐标系，坐标量x'，y'。当X轴与X'轴重合时，Y'轴与X轴或X'轴的不正交角为θ
XY
，存在图1(a)、图1(b)为两种不正交的情况。
[0026]由图1(a)：
[0027][0028]由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
时，可把搜索区间缩小为x
1(0)
≤x1≤b1。在新的区间中重复以上的交替步骤，每次搜索不仅可使目标函数值得到改善，而且还可以把搜索的期间进一步缩小；固定x1＝x
1(1)
，x2＝x
2(1)
，变动x3，得最优点x
(4)
＝(x
1(1)
，x
2(1)
，x
3(2)
)及S
(4)
＝f(X
(4)

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟薇，谷俊，
申请(专利权)人：上海柏观数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：