一种室内空间测量与定位系统、标准杆及相对定向方法技术方案

本发明专利技术公开了一种室内空间测量与定位系统、标准杆及相对定向方法，所述标准杆的两端分别安装第一接收器和第二接收器，所述标准杆的中部安装有信号处理模块和WIFI无线发送模块，在所述标准杆的杆体内通过信号线缆将所述第一和第二接收器与所述信号处理模块相连接。利用本发明专利技术提供的标准杆来标定室内空间测量与定位系统时，可以由一个人在几分钟内完成系统的定向标定，并且过程中标准杆可以在测量场内任意摆放和移动，操作简单，标定效率高，标定精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种室内空间测量与定位系统中的相对定向方法
本专利技术属于大尺寸空间三维坐标测量
，具体涉及一种室内空间测量与定位系统、标准杆及相对定向方法。
技术介绍
为了获得大型装备或系统制造过程中的几何特征尺寸、空间位置信息，工业上会使用一些大尺寸的测量手段。室内空间测量与定位系统是一种针对航天、航空、造船等大型制造业测量需求的多基站网络式测量定位系统，可实现大尺寸空间三维坐标高精度自动化测量。室内空间测量与定位系统在使用前，需要标定出系统中各基站自身坐标系之间的相对关系。标定方法的高效性、准确性直接影响着系统的工作效率和测量精度。现阶段，一种是通过大量空间中已知控制点标定系统中各个测站之间坐标系的相对定向，首先利用激光跟踪仪或三维龙门坐标测量机等设备在测量场内建立高精度的坐标已知控制点，然后将接收器安装在控制点来标定室内空间测量与定位系统中各基站之间的相对关系；另一种是采用标准杆来标定，标定中要求标准杆保持竖直，并测量出标准杆与基站之间的距离，可以解算出室内空间测量与定位系统中各基站之间的相对关系。这两种方法虽然都可以实现室内定位系统的坐标系标定，但是均需要其他辅助设备，并且受到测量场地环境的限制，标定过程复杂，效率低。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处，本专利技术提供一种室内空间测量与定位系统、标准杆及相对定向方法，能够快速方便地标定室内空间测量与定位系统中各基站自身坐标系之间相对关系，解决当前系统标定效率低下的问题。本专利技术提出的一个技术方案如下：一种用于室内空间测量与定位的标准杆，其特征在于，所述标准杆的两端分别安装第一接收器和第二接收器，所述标准杆的中部安装有信号处理模块和WIFI无线发送模块，在所述标准杆的杆体内通过信号线缆将所述第一和第二接收器与所述信号处理模块相连接。本专利技术提出的另一个技术方案如下：一种室内空间测量与定位系统，其特征在于，包括所述的用于室内空间测量与定位的标准杆、两台或多台基站、接收机和数据处理计算机。本专利技术提出的另一个技术方案如下：一种应用于所述室内空间测量与定位系统中的相对定向方法，其特征在于，所述相对定向方法的步骤如下：1）标定出所述标准杆上所述第一接收器和第二接收器之间的距离；2）布设好各基站，并开启各基站；3）将所述标准杆在测量空间内任意摆放，保证两端接收器可以在至少4个位置同时接收到任意两台基站的信号光束；4）利用标定算法解算系统中各基站自身坐标系之间相对关系。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：利用本专利技术提供的标准杆来标定室内空间测量与定位系统时，可以由一个人在几分钟内完成系统的定向标定，并且过程中标准杆可以在测量场内任意摆放和移动，操作简单，标定效率高，标定精度高。附图说明图1为本专利技术的室内空间测量与定位系统中的基站和接收机的示意图；图2为本专利技术的室内空间测量与定位系统中的的基站、标准杆和数据处理计算机的示意图；图3为本专利技术的标准杆的结构示意图。附图标记说明：1-基站2-接收机3-标准杆4-数据处理计算机5-无线信号31-第一接收器32-第二接收器33-标准杆杆体34-信号处理模块35-WIFI无线发送模块36-信号线缆具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的说明。如图1和图2所示，本专利技术的室内空间测量与定位系统包括两台或多台基站1、接收机2、标准杆3和数据处理计算机4。所述标准杆3、接收机2分别与所述两台或多台基站1无线连接，所述标准杆3与所述数据处理计算机4无线连接。如图3所示，本专利技术的所述标准杆3的两端分别安装第一接收器31和第二接收器32，所述标准杆3的中部安装有信号处理模块34和WIFI无线发送模块35，在所述标准杆杆体33内通过信号线缆36将所述第一和第二接收器31、32与所述信号处理模块34相连接。第一和第二接收器31、32可以全方位接收基站发射的旋转光束，标准杆还包含有电池，因而无需外部供电。所述第一和第二接收器31、32为APD（雪崩光电二极管）探测器拼接而成的阵列，可全方位接受基站的信号光，所述第一和第二接收器31、32安装在光电转换和信号调制电路模块（图中未示出）上，该光电转换和信号调制电路模块负责将扫过第一和第二接收器31、32的光信号转换成电信号脉冲。优选地，所述标准杆杆体33为管状结构，由殷钢或碳纤维制成。所述信号处理模块34包括FPGA和DSP。信号处理模块34对第一和第二接收器31、32的数据进行处理后，通过所述WiFi无线模块35发送无线信号5给数据处理计算机4，处理过程具体为：信号光扫过APD探测器，通过光电转换及信号调制电路，产生一系列脉冲信号，后续信息处理采用“FPGA+DSP”的处理方式，实现对该脉冲信号上升沿和下降沿时刻的精确提取，并将时间信息通过无线WiFi模块35上传至数据处理计算机4。所述WiFi无线模块35，优选深圳新力维科技有限公司所提供的型号为WM001S的WiFi无线模块。所述基站1工作时高速旋转，同时发射出两束扇形光束、一束零位信号光束。所述接收机2采用高灵敏度APD探测器阵列接收来自基站1的光信息，并通过进行光电转化，信号调理、信息提取及无线数据传输，将数据信息传输给所述数据处理计算机4。本专利技术的具体工作步骤如下：1）标定出所述标准杆上所述第一接收器和第二接收器之间的距离；2）布设好各基站，并开启各基站；3）将所述标准杆在测量空间内任意摆放，保证两端接收器可以在至少4个位置同时接收到任意两台基站的信号光束；4）利用标定算法解算系统中各基站自身坐标系之间相对关系。标定算法的具体实现步骤（以标定两个基站自身坐标系之间相对关系为例）：1）计算接收机在两基站自身坐标系下的方位角及俯仰角分别为(αi1,βi1)和(αi2,βi2)；2）计算接收机在两基站自身坐标系下的方向向量分别为(μi1,υi1,ωi1)和(μi2,υi2,ωi2)，其中i＝1～n；μi1=cosailcosβilυi1=sinailcosβilωi1=sinβilμi2=cosai2cosβi2υi2=sinai2cosβi2ωi2=sinβi2]]>3）根据接收机在两个基站自身坐标系下的对应关系，可以建立方程组(μi1,υi1,ωi1)Q(μi2,υi2,ωi2)T＝0，通过迭代可以计算出对应关系矩阵Q；4）对矩阵Q进行分解，使Q＝SR，其中S=0tz-ty-tz0txty-tx0R=r0r1r2r3r4r5r6r7r8]]>矩阵R表示两基站之间的旋转关系，矩阵S表示两基站之间的平移关系，则两基站自身坐标系之间的相对关系矩阵M为，M=r0r1r2σtxr3r4r5σtyr6r7r8σtz]]>其中σ为未知量；5）标准杆两端接收器之间的距离为L，在测量场内某一位置，设1#接收器在两基站自身坐标系下的坐标分别为(x11,y11,z11)和(x12,y12,z12)，2#接收器在两基站自身坐标系下的坐标分别为(x21,y21,z21)和(x22,y22,z22)，则有，(x11,y11,z11)T=M(x12,y12,z12,1)T(x21,y21,z21)T=M(x22本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内空间测量与定位的标准杆，所述标准杆的两端分别安装第一接收器和第二接收器，其特征在于，所述标准杆的中部安装有信号处理模块和WIFI无线发送模块，在所述标准杆的杆体内通过信号线缆将所述第一和第二接收器与所述信号处理模块相连接。

【技术特征摘要】
1.一种室内空间测量与定位系统中的相对定向方法，所述室内空间测量与定位系统包括标准杆、两台或多台基站、接收机和数据处理计算机；其中，所述标准杆、接收机分别与所述两台或多台基站无线连接，所述标准杆与所述数据处理计算机无线连接，所述标准杆的两端分别安装第一接收器和第二接收器，所述标准杆的中部安装有信号处理模块和WIFI无线发送模块，在所述标准杆的杆体内通过信号线缆将所述第一和第二接收器与所述信号处理模块相连接，其特征在于，所述相对定向方法的步骤如下：1)标定出所述标准杆上所述第一接收器和第二接收器之间的距离；2)布设好各基站，并开启各基站；3)将所述标准杆在测量空间内任意摆放，保证两端接收器可以在至少4个位置同时接收到任意两台基站的信号光束；4)利用标定算法，根据接收机在两基站自身坐标系下的方位角及俯仰角，解算系统中各基站自身坐标系之间相对关系；所述基站的数量为2个时，所述标定算法的步骤如下：1)计算接收机在两基站自身坐标系下的方位角及俯仰角分别为(αi1,βi1)和(αi2,βi2)；2)计算接收机在两基站自身坐标系下的方向向量分别为(μi1,υi1,ωi1)和(μi2,υi2,ωi2)，其中i＝1～n；3)根据接收机在两个基站自身坐标系下的对应关系，可以建立方程组(μi1,υi1,ωi1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚震，王永旺，吴易明，赵晓进，梁选森，林俤，
申请(专利权)人：西安中科光电精密工程有限公司，
类型：发明
国别省市：