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一種室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)桿及相對定向方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)桿及相對定向方法，所述標(biāo)準(zhǔn)桿的兩端分別安裝第一接收器和第二接收器，所述標(biāo)準(zhǔn)桿的中部安裝有信號處理模塊和WIFI無線發(fā)送模塊，在所述標(biāo)準(zhǔn)桿的桿體內(nèi)通過信號線纜將所述第一和第二接收器與所述信號處理模塊相連接。利用本發(fā)明提供的標(biāo)準(zhǔn)桿來標(biāo)定室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)時，可以由一個人在幾分鐘內(nèi)完成系統(tǒng)的定向標(biāo)定，并且過程中標(biāo)準(zhǔn)桿可以在測量場內(nèi)任意擺放和移動，操作簡單，標(biāo)定效率高，標(biāo)定精度高。
【專利說明】一種室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)桿及相對定向方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大尺寸空間三維坐標(biāo)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)桿及相對定向方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了獲得大型裝備或系統(tǒng)制造過程中的幾何特征尺寸、空間位置信息，工業(yè)上會使用一些大尺寸的測量手段。室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)是一種針對航天、航空、造船等大型制造業(yè)測量需求的多基站網(wǎng)絡(luò)式測量定位系統(tǒng)，可實現(xiàn)大尺寸空間三維坐標(biāo)高精度自動化測量。室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)在使用前，需要標(biāo)定出系統(tǒng)中各基站自身坐標(biāo)系之間的相對關(guān)系。標(biāo)定方法的高效性、準(zhǔn)確性直接影響著系統(tǒng)的工作效率和測量精度。
[0003]現(xiàn)階段，一種是通過大量空間中已知控制點標(biāo)定系統(tǒng)中各個測站之間坐標(biāo)系的相對定向，首先利用激光跟蹤儀或三維龍門坐標(biāo)測量機(jī)等設(shè)備在測量場內(nèi)建立高精度的坐標(biāo)已知控制點，然后將接收器安裝在控制點來標(biāo)定室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)中各基站之間的相對關(guān)系；另一種是采用標(biāo)準(zhǔn)桿來標(biāo)定，標(biāo)定中要求標(biāo)準(zhǔn)桿保持豎直，并測量出標(biāo)準(zhǔn)桿與基站之間的距離，可以解算出室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)中各基站之間的相對關(guān)系。這兩種方法雖然都可以實現(xiàn)室內(nèi)定位系統(tǒng)的坐標(biāo)系標(biāo)定，但是均需要其他輔助設(shè)備，并且受到測量場地環(huán)境的限制，標(biāo)定過程復(fù)雜，效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)桿及相對定向方法，能夠快速方便地標(biāo)定室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)中各基站自身坐標(biāo)系之間相對關(guān)系，解決當(dāng)前系統(tǒng)標(biāo)定效率低下的問題。
[0005]本發(fā)明提出的一個技術(shù)方案如下:
[0006]一種用于室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)桿的兩端分別安裝第一接收器和第二接收器，所述標(biāo)準(zhǔn)桿的中部安裝有信號處理模塊和WIFI無線發(fā)送模塊，在所述標(biāo)準(zhǔn)桿的桿體內(nèi)通過信號線纜將所述第一和第二接收器與所述信號處理模塊相連接。
[0007]本發(fā)明提出的另一個技術(shù)方案如下:
[0008]一種室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)，其特征在于，包括所述的用于室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿、兩臺或多臺基站、接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理計算機(jī)。
[0009]本發(fā)明提出的另一個技術(shù)方案如下:
[0010]一種應(yīng)用于所述室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)中的相對定向方法，其特征在于，所述相對定向方法的步驟如下:
[0011]I)標(biāo)定出所述標(biāo)準(zhǔn)桿上所述第一接收器和第二接收器之間的距離；
[0012]2)布設(shè)好各基站，并開啟各基站；
[0013]3)將所述標(biāo)準(zhǔn)桿在測量空間內(nèi)任意擺放，保證兩端接收器可以在至少4個位置同時接收到任意兩臺基站的信號光束；
[0014]4)利用標(biāo)定算法解算系統(tǒng)中各基站自身坐標(biāo)系之間相對關(guān)系。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:利用本發(fā)明提供的標(biāo)準(zhǔn)桿來標(biāo)定室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)時，可以由一個人在幾分鐘內(nèi)完成系統(tǒng)的定向標(biāo)定，并且過程中標(biāo)準(zhǔn)桿可以在測量場內(nèi)任意擺放和移動，操作簡單，標(biāo)定效率高，標(biāo)定精度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)中的基站和接收機(jī)的示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)中的的基站、標(biāo)準(zhǔn)桿和數(shù)據(jù)處理計算機(jī)的不意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖標(biāo)記說明:
[0020]1-基站2-接收機(jī)3-標(biāo)準(zhǔn)桿
[0021]4-數(shù)據(jù)處理計算機(jī)5-無線信號31-第一接收器
[0022]32-第二接收器33-標(biāo)準(zhǔn)桿桿體 34-信號處理模塊
[0023]35-WIFI無線發(fā) 送模塊36-信號線纜
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)包括兩臺或多臺基站1、接收機(jī)2、標(biāo)準(zhǔn)桿3和數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4。所述標(biāo)準(zhǔn)桿3、接收機(jī)2分別與所述兩臺或多臺基站I無線連接，所述標(biāo)準(zhǔn)桿3與所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4無線連接。
[0026]如圖3所示，本發(fā)明的所述標(biāo)準(zhǔn)桿3的兩端分別安裝第一接收器31和第二接收器32，所述標(biāo)準(zhǔn)桿3的中部安裝有信號處理模塊34和WIFI無線發(fā)送模塊35，在所述標(biāo)準(zhǔn)桿桿體33內(nèi)通過信號線纜36將所述第一和第二接收器31、32與所述信號處理模塊34相連接。第一和第二接收器31、32可以全方位接收基站發(fā)射的旋轉(zhuǎn)光束，標(biāo)準(zhǔn)桿還包含有電池，因而無需外部供電。所述第一和第二接收器31、32為APD (雪崩光電二極管)探測器拼接而成的陣列，可全方位接受基站的信號光，所述第一和第二接收器31、32安裝在光電轉(zhuǎn)換和信號調(diào)制電路模塊(圖中未示出)上，該光電轉(zhuǎn)換和信號調(diào)制電路模塊負(fù)責(zé)將掃過第一和第二接收器31、32的光信號轉(zhuǎn)換成電信號脈沖。
[0027]優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)桿桿體33為管狀結(jié)構(gòu)，由殷鋼或碳纖維制成。
[0028]所述信號處理模塊34包括FPGA和DSP。信號處理模塊34對第一和第二接收器31,32的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過所述WiFi無線模塊35發(fā)送無線信號5給數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4，處理過程具體為:信號光掃過APD探測器，通過光電轉(zhuǎn)換及信號調(diào)制電路，產(chǎn)生一系列脈沖信號，后續(xù)信息處理采用“FPGA+DSP”的處理方式，實現(xiàn)對該脈沖信號上升沿和下降沿時刻的精確提取，并將時間信息通過無線WiFi模塊35上傳至數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4。
[0029]所述WiFi無線模塊35，優(yōu)選深圳新力維科技有限公司所提供的型號為WM001S的WiFi無線模塊。
[0030]所述基站I工作時高速旋轉(zhuǎn)，同時發(fā)射出兩束扇形光束、一束零位信號光束。[0031]所述接收機(jī)2采用高靈敏度Aro探測器陣列接收來自基站I的光信息，并通過進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，信號調(diào)理、信息提取及無線數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)信息傳輸給所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)4。
[0032]本發(fā)明的具體工作步驟如下:
[0033]I)標(biāo)定出所述標(biāo)準(zhǔn)桿上所述第一接收器和第二接收器之間的距離；
[0034]2)布設(shè)好各基站，并開啟各基站；
[0035]3)將所述標(biāo)準(zhǔn)桿在測量空間內(nèi)任意擺放，保證兩端接收器可以在至少4個位置同時接收
[0036]到任意兩臺基站的信號光束；
[0037]4)利用標(biāo)定算法解算系統(tǒng)中各基站自身坐標(biāo)系之間相對關(guān)系。
[0038]標(biāo)定算法的具體實現(xiàn)步驟(以標(biāo)定兩個基站自身坐標(biāo)系之間相對關(guān)系為例):
[0039]I)計算接收機(jī)在兩基站自身坐標(biāo)系下的方位角及俯仰角分別為(an，^il)和
(a i2> 3 i2);
[0040]2)計算接收機(jī)在兩基站自身坐標(biāo)系下的方向向量分別為(iin，un，Oil)和(y i2, u i2, CO i2)，其中 i = I ~n ;
【權(quán)利要求】
1.一種室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿，所述標(biāo)準(zhǔn)桿的兩端分別安裝第一接收器和第二接收器，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)桿的中部安裝有信號處理模塊和WIFI無線發(fā)送模塊，在所述標(biāo)準(zhǔn)桿的桿體內(nèi)通過信號線纜將所述第一和第二接收器與所述信號處理模塊相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿，其特征在于，所述信號處理模塊包括FPGA和DSP。
3.如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿，其特征在于，所述第一和第二接收器為雪崩光電二極管探測器拼接而成的陣列。
4.如權(quán)利要求3所述的室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿，其特征在于，所述第一和第二接收器安裝在一光電轉(zhuǎn)換和信號調(diào)制電路模塊上。
5.如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)桿內(nèi)還包含有電池。
6.如權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)桿的桿體為管狀結(jié)構(gòu)，由殷鋼或碳纖維制成。
7.—種室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-6任一項所述的用于室內(nèi)空間測量與定位的標(biāo)準(zhǔn)桿、兩臺或多臺基站、接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理計算機(jī)；其中，所述標(biāo)準(zhǔn)桿、接收機(jī)分別與所述兩臺或多臺基站無線連接，所述標(biāo)準(zhǔn)桿與所述數(shù)據(jù)處理計算機(jī)無線連接。
8.一種應(yīng)用于權(quán)利要求7所述的室內(nèi)空間測量與定位系統(tǒng)中的相對定向方法，其特征在于，所述相對定向方法的步驟如下: 1)標(biāo)定出所述標(biāo)準(zhǔn)桿上所述第一接收器和第二接收器之間的距離； 2)布設(shè)好各基站,并開啟各基站； 3)將所述標(biāo)準(zhǔn)桿在測量空間內(nèi)任意擺放，保證兩端接收器可以在至少4個位置同時接收到任意兩臺基站的信號光束； 4)利用標(biāo)定算法解算系統(tǒng)中各基站自身坐標(biāo)系之間相對關(guān)系。
9.如權(quán)利要求8所述的相對定向方法，其特征在于，所述基站的數(shù)量為2個時，所述標(biāo)定算法的步驟如下: 1)計算接收機(jī)在兩基站自身坐標(biāo)系下的方位角及俯仰角分別為(ai1，βil)和(a i2, β i2); 2)計算接收機(jī)在兩基站自身坐標(biāo)系下的方向向量分別為(u i1, v i1, ωi1)和(u i2, v i2, ωi2)，其中 i = 1 ~n ;

10.如權(quán)利要求9所述的相對定向方法，當(dāng)標(biāo)定多個基站之間的相對關(guān)系時，可利用此標(biāo)定算法標(biāo)定出基站兩兩之間的關(guān)系MyMi為，
【文檔編號】G01B21/00GK103644878SQ201310737651
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】姚震, 王永旺, 吳易明, 趙曉進(jìn), 梁選森, 林俤 申請人:西安中科光電精密工程有限公司