一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于六自由度测量技术领域，具体涉及一种建立跟踪仪地理坐标系及六自 由度测量的方法。
【背景技术】
[000引 目前，六自由度测量，主要是建立在仪器测量坐标系的基础之上，比较成熟的专业 测量设备有Leica、Faro等生产的激光跟踪仪。W Leica最新的AT901型号为例，其六自由 度测量范围为9m，点位测量范围为80m，但无法直接建立地理坐标系。
[0003] 建立地理坐标系，需要通过带经缔仪的寻北仪，或已知地理方位的经缔仪，并测量 引入当地地理姿态。查询文献可知，已有的结合电子经缔仪建立跟踪仪地理坐标系的方法， 是通过4个转换点，需要将其分为两组，在布设转换点时，分别与电子经缔仪仪器原点共铅 垂面，即4个转换点与经缔仪原点共5个点处于两个铅垂的扇面内。此方法需要在布设其 中转换点时精确控制位置，较难W实现快速布设测量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决现有技术难W实现快速布设测量的问题，提供一种建立跟 踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法。
[0005] 本发明是送样实现的：
[0006] -种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，包括如下步骤：
[0007] 第一步：设备安装；
[0008] 第二步；转换点布置；
[0009] 第Η步：计算坐标系转换关系；
[0010] 第四步；测量。
[0011] 如上所述设备安装步骤，架设电子经缔仪，调整电子经缔仪仪器水平，光轴指向方 位值为实际地理方位；若无方位基准，后续测量的方位零位为电子经缔仪的方位零位；架 设3台跟踪仪，架设时应满足；环绕被测对象，对应与A、B、C Η个被测点通视；处于量程内； 设备地基稳定，开始测量后位置固定。
[0012] 如上所述的转换点布置步骤，布设Η个转换点的祀球基座，Η个转换点Τι、Τ2、Τ3布 置到电子经缔仪的四周，同时被3台激光跟踪仪和电子经缔仪观测。
[0013] 如上所述的计算坐标系转换关系步骤，依次在每一个转换点放置祀球，电 子经缔仪与激光跟踪仪同时测量祀球并记录测量数据，其中电子经缔仪记录矢量 万[、?ζ、?ζ的方位角与俯仰角，激光跟踪仪记录Τι、Τ2、Τ3在G-XYZ直角坐标系的坐标； 根据激光跟踪仪测量数据，计算出3个转换点之间的距离，再结合电子经缔仪的测量数据， 解算Τι、了2、了3在J-ENU地理坐标系的坐标，计算得到G-X^坐标系与J-ENU坐标系之间的 转换关系。
[0014] 如上所述的测量步骤，在被测对象上的A、B、C Η个测量点放置跟踪仪测量祀球， Η台激光跟踪仪分别测量其中一个点，并记录同一时刻测量数据，将测量数据转换到统一 的地理坐标系中，解算Η个的测量点所构成的0-xyz目标坐标系位置与姿态，即完成被测 目标地理坐标系下的六自由度测量。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] 本发明涉及一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，利用3个转换 点，求解电子经缔仪与激光跟踪仪仪器坐标系之间的转换关系，建立激光跟踪仪的地理坐 标系。3台建立统一地理系的激光跟踪仪组合测量，将Η维点位测量转换为六自由度测量， 有效地提高六自由度测量范围，而激光跟踪仪的高精度点位测量将得到高精度的姿态输 出，相比激光跟踪仪的单机姿态测量组件（如T-Mac)，在测量精度与测量范围上有大幅度 提局。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法的流程图；
[0018] 图2是图1中设备安装步骤中的跟踪仪、电子经缔仪、转换点坐标轴系示意图；
[0019] 图3是图1测量步骤中Η台跟踪仪点位测量解算地理姿态的坐标轴系示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明的一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度 测量的方法进行描述：
[0021] 如图1所示，一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，包括如下步骤：
[0022] 第一步：设备安装；
[0023] 架设电子经缔仪，调整电子经缔仪仪器水平，光轴指向方位值为实际地理方位；若 无方位基准，后续测量的方位零位为电子经缔仪的方位零位；架设3台跟踪仪，架设时应满 足；环绕被测对象，对应与A、B、CH个被测点通视；处于量程内；设备地基稳定，开始测量后 位置固定。
[0024] 第二步带换点布置；
[0025] 布设Η个转换点的祀球基座，如图2中Tl、T2、T3，H个转换点布置到电子经缔仪的 四周，同时被3台激光跟踪仪和电子经缔仪观测。
[0026] 第Η步：计算坐标系转换关系；
[0027] 依次在每一个转换点放置祀球，电子经缔仪与激光跟踪仪同时测量祀球并记录测 量数据，其中电子经缔仪记录矢量?^、万^的方位角与俯仰角，激光跟踪仪记录 Τι、Τ2、Τ3在G-XYZ直角坐标系的坐标；根据激光跟踪仪测量数据，采用现有技术计算出3个 转换点之间的距离，再结合电子经缔仪的测量数据，采用现有技术解算Τι、Τ2、Τ3在J-ENU地 理坐标系的坐标，计算得到G-XYZ坐标系与J-ENU坐标系之间的转换关系。
[0028] 第四步；测量；
[0029] 如图3所示，在被测对象上的A、B、C Η个测量点放置跟踪仪测量祀球，Η台激光跟 踪仪分别测量其中一个点，并记录同一时刻测量数据，将测量数据转换到统一的地理坐标 系中，采用现有技术解算Η个的测量点所构成的0-xyz目标坐标系位置与姿态，即完成被 测目标地理坐标系下的六自由度测量。
[0030]本发明采用转换点布置、计算坐标系转换关系和测量Η个步骤，使用3个非共线 的转换点、1台电子经缔仪，实现跟踪仪测量坐标系向地理坐标系的转换。3台建立统一地 理系的激光跟踪仪组合测量，将Η维点位测量转换为六自由度测量，有效地提高六自由度 测量范围，而激光跟踪仪的高精度点位测量将得到高精度的姿态输出，相比激光跟踪仪的 单机姿态测量组件（如T-Mac)，在测量精度与测量范围上有大幅度提高。将3台跟踪仪使 用相同方法建立地理坐标系后，进行组合测量，可W将9m六自由度测量范围扩展到80m。
【主权项】
1. 一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，包括如下步骤： 第一步：设备安装； 第二步：转换点布置； 第三步：计算坐标系转换关系； 第四步：测量。2. 根据权利要求1所述的一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，其特征 在于：所述设备安装步骤，架设电子经纬仪，调整电子经纬仪仪器水平，光轴指向方位值为 实际地理方位；若无方位基准，后续测量的方位零位为电子经纬仪的方位零位；架设3台跟 踪仪，架设时应满足：环绕被测对象，对应与A、B、C三个被测点通视；处于量程内；设备地基 稳定，开始测量后位置固定。3. 根据权利要求1述的一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，其特征在 于：所述的转换点布置步骤，布设三个转换点的靶球基座，三个转换点?\、T 2、T3布置到电子 经纬仪的四周，同时被3台激光跟踪仪和电子经纬仪观测。4. 根据权利要求1述的一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，其特征在 于：所述的计算坐标系转换关系步骤，依次在每一个转换点放置靶球，电子经纬仪与激光跟 踪仪同时测量靶球并记录测量数据，其中电子经纬仪记录矢量;i、Η的方位角 与俯仰角，激光跟踪仪记录Τ2、Τ3在G-XYZ直角坐标系的坐标；根据激光跟踪仪测量数 据，计算出3个转换点之间的距离，再结合电子经纬仪的测量数据，解算?\、Τ2、^在了^斯 地理坐标系的坐标，计算得到G-XYZ坐标系与J-ENU坐标系之间的转换关系。5. 根据权利要求1述的一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，其特征在 于：所述的测量步骤，在被测对象上的A、B、C三个测量点放置跟踪仪测量靶球，三台激光跟 踪仪分别测量其中一个点，并记录同一时刻测量数据，将测量数据转换到统一的地理坐标 系中，解算三个的测量点所构成的Ο-xyz目标坐标系位置与姿态，即完成被测目标地理坐 标系下的六自由度测量。
【专利摘要】本发明属于六自由度测量技术领域，具体涉及一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，目的在于解决现有技术难以实现快速布设测量的问题。该方法包括设备安装、转换点布置、计算坐标系转换关系测量四个步骤。本发明涉及一种建立跟踪仪地理坐标系及六自由度测量的方法，利用3个转换点，求解电子经纬仪与激光跟踪仪仪器坐标系之间的转换关系，建立激光跟踪仪的地理坐标系。3台建立统一地理系的激光跟踪仪组合测量，将三维点位测量转换为六自由度测量，有效地提高六自由度测量范围，而激光跟踪仪的高精度点位测量将得到高精度的姿态输出，相比激光跟踪仪的单机姿态测量组件(如T-Mac)，在测量精度与测量范围上有大幅度提高。
【IPC分类】G01B11/00, G01C21/00
【公开号】CN105627916
【申请号】CN201410602861
【发明人】汪涛, 赵天承, 张辰松, 蔡雯琳, 刘柯
【申请人】北京航天计量测试技术研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年11月2日