专利名称：基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统自标定方法
技术领域：
本发明涉及超大几何参量的测量系统，具体地说一种基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统的自标定方法。
背景技术：
随着制造业的不断发展，产品的尺寸已经达到几十甚至数百米。这意味测量范围也随之扩大，对于超大几何参量的测量也提出了现实要求。超大几何参量的测量可以通过测量一些目标点的空间坐标，即对标志点进行定位间接实现。近些年，超大尺寸几何参量测量技术在工业制造领域中得到了广泛应用，比如大型飞机和轮船制造等。基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统是一种应用于超大几何参量测量的新方法。它主要是由测量基站、标记站和上位机构成；其测量过程是先对测量基站进行标定，再利用无线传感网络的引导作用使激光绝对距离测量系统瞄准标记站中的直角靶镜，最后由激光绝对距离测量系统完成最终测量。其中对测量基站标定精度的高低决定了无线传感网络的引导作用是否可以实现。测量基站主要由无线传感网络信标节点和安装在二维旋转台的激光绝对距离测量系统组成，其中无线传感网络信标节点主要是由电源模块、FPGA控制模块、通信模块和无线电磁波收发模块构成。所谓对测量基站的标定即是通过特定标定方法确定测量基站中激光绝对距离测量系统的绝对零位的空间坐标和信标节点中无线电磁波收发模块的电磁波收发点的空间坐标。由于基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统是一种新方法，因此其标定方法也有待研究。在参考其他超大几何参量测量系统的标定方法基础上，针对基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统，已提出以下两种标定方法第一种是由坐标测量设备如激光跟踪干涉仪确定若干个不同位置的标记站中直角靶镜的顶点的空间坐标，再由激光绝对距离测量系统测得各激光绝对距离测量系统的绝对零位和不同位置的标记站中直角靶镜的顶点之间的距离信息，最后计算出激光绝对距离测量系统的绝对零位和信标节点的电磁波收发点的空间坐标，第二种是增加测量基站个数使得测量系统形成冗余，如测量基站个数为5个，则一个标记站按两点间距离公式与5个测量基站可以建立5个方程的同时，只引入了 3个未知数，可见存在2个冗余方程，因此只需增加标记站的个数，就可以先对信标节点的电磁波收发点进行自标定，再利用无线传感网络的引导作用完成对激光绝对距离测量系统的绝对零位的自标定。第一种标定方法精度较高，但需人工参与，因此标定效率低，且只能在测量过程之前进行；第二种标定方法可实现自动化标定，但同样只能在测量过程之前进行。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种在硬件上简单、且在测量过程中亦可进行标定的基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统自标定方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统自标定方法的特点是设置测量系统中的测量基站是由无线传感网络的信标节点、安装在二维旋转台上的激光绝对距离测量系统和安装在二维旋转台上的直角靶镜组成，所述激光绝对距离测量系统中激光器的激光发射点被设定为绝对零位；所述信标节点是由电源模块、控制模块、通信模块、无线电磁波收发模块和计时模块构成，所述控制模块通过通信模块与上位机进行通信并控制无线电磁波收发模块的收发，所述无线电磁波收发模块的收发端点被设定为信标节点电磁波收发点，计时模块的开启或结束可由无线电磁波收发模块接收到脉冲信号后触发或受控制模块的控制；信标节点电磁波收发点、绝对零位和直角靶镜的直角靶镜顶点三者空间位置关系为已知；各测量基站被分别标记为Cl、C2、…、Cn，其中η为测量基站个数，且η彡6 ；标定方法为首先对测量基站中信标节点的信标节点电磁波收发点完成粗略自标定，再利用粗略自标定的标定结果引导激光绝对距离测量系统完成对绝对零位和信标节点电磁波收发点的精确自标定；所述粗略自标定是第一轮测量，上位机以固定时间间隔依照C1、C2、…、Cn的次序向各测量基站发送控制命令，测量基站Cl接收到控制命令后开启计时模块，其余测量基站接收到控制命令后通过信标节点向测量基站Cl发送脉冲信号，由计时模块记录下各脉冲信号的到达时间，各脉冲信号的到达时间包含了测量基站Cl与其余测量基站之间的粗略距离信息；第二轮测量，上位机以固定时间间隔依照C2、C3、…、Cn, Cl的次序向各测量基站发送控制命令，测量基站C2接收到控制命令后开启计时模块，其余测量基站接收到控制命令后通过信标节点向测量基站C2发送脉冲信号，由计时模块记录下各脉冲信号的到达时间，各脉冲信号的到达时间包含了测量基站C2与其余测量基站之间的粗略距离信息； 以同样的方式继续测量直至第η轮测量结束，获得所有测量基站之间的粗略距离信息；采用原点循环标定法解算出各测量基站中信标节点电磁波收发点的空间坐标；所述精确自标定是在由粗略自标定获得无线传感网络信标节点电磁波收发点 (2)的空间坐标后，利用各测量基站中已知的信标节点电磁波收发点、绝对零位和直角靶镜顶点三者空间位置关系，解算出各测量基站中激光绝对测距系统瞄准其余测量基站中直角靶镜所需转动的水平方向角度和垂直方向角度以及各测量基站中直角靶镜对准其余测量基站中激光绝对测距系统所需转动的水平方向角度和垂直方向角度；第一轮测量，上位机通过分别控制测量基站C2、C3、…、Cn中的二维旋转台使测量基站C2、C3、…、Cn中的激光绝对测距系统同时瞄准测量基站Cl中的直角靶镜，上位机再通过控制测量基站Cl中的二维旋转台使测量基站Cl中的直角靶镜逐个对准测量基站C2、C3、…、Cn中的激光绝对测距系统，由激光绝对测距系统获得测量基站Cl与其余测量基站之间的精确距离信息；第二轮测量，上位机通过分别控制测量基站Cl、C3、…、Cn中的二维旋转台使测量基站Cl、 C3、…、Cn中的激光绝对测距系统同时瞄准测量基站C2中的直角靶镜，上位机再通过控制测量基站C2中的二维旋转台使测量基站C2中的直角靶镜逐个对准测量基站Cl、C3、…、 Cn中的激光绝对测距系统，由激光绝对测距系统获得测量基站C2与其余测量基站之间的精确距离信息；以同样的方法继续测量直至第η轮测量结束，获得所有测量基站之间的精确距离信息；采用原点循环标定法解算出各测量基站中绝对零位的空间坐标，再利用各测量基站中信标节点电磁波收发点和绝对零位已知的空间位置关系，解算出信标节点电磁波收发点的空间坐标。本发明基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统自标定方法的特点也在于所述原点循环标定法是n个测量基站Cl、C2、…、Cn中，任意两个测量基站之间的距离可由激光测距或无线测距方法获得，第一次标定将测量基站Cl设定为空间坐标系的原点，并由此次测得任意两个测量基站之间的距离，再按式(10)解算出各测量基站的坐标，且设定由它们构成坐标向量1=((χ11,Y11,Z11),(X12,Y12,Z12),...,(X1N,Y1N,Z1N))；
权利要求
1. 一种基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统自标定方法，其特征是 设置测量系统中的测量基站是由无线传感网络的信标节点(1)、安装在二维旋转台 (7)上的激光绝对距离测量系统(5)和安装在二维旋转台(7)上的直角靶镜(3)组成，所述激光绝对距离测量系统(5)中激光器的激光发射点被设定为绝对零位(6)；所述信标节点(1)是由电源模块、控制模块、通信模块、无线电磁波收发模块和计时模块构成，所述控制模块通过通信模块与上位机进行通信并控制无线电磁波收发模块的收发，所述无线电磁波收发模块的收发端点被设定为信标节点电磁波收发点(2)，计时模块的开启或结束可由无线电磁波收发模块接收到脉冲信号后触发或受控制模块的控制；信标节点电磁波收发点 (2)、绝对零位(6)和直角靶镜(3)的直角靶镜顶点(4)三者空间位置关系为已知；各测量基站被分别标记为C1、C2、…、Cn，其中η为测量基站个数，且η彡6 ；标定方法为首先对测量基站中信标节点(1)的信标节点电磁波收发点(2)完成粗略自标定，再利用粗略自标定的标定结果引导激光绝对距离测量系统(5)完成对绝对零位 (6)和信标节点电磁波收发点(2)的精确自标定；所述粗略自标定是第一轮测量，上位机以固定时间间隔依照C1、C2、…、Cn的次序向各测量基站发送控制命令，测量基站Cl接收到控制命令后开启计时模块，其余测量基站接收到控制命令后通过信标节点(1)向测量基站Cl发送脉冲信号，由计时模块记录下各脉冲信号的到达时间，各脉冲信号的到达时间包含了测量基站Cl与其余测量基站之间的粗略距离信息；第二轮测量，上位机以固定时间间隔依照C2、C3、…、Cn, Cl的次序向各测量基站发送控制命令，测量基站C2接收到控制命令后开启计时模块，其余测量基站接收到控制命令后通过信标节点(1)向测量基站C2发送脉冲信号，由计时模块记录下各脉冲信号的到达时间，各脉冲信号的到达时间包含了测量基站C2与其余测量基站之间的粗略距离信息； 以同样的方式继续测量直至第η轮测量结束，获得所有测量基站之间的粗略距离信息；采用原点循环标定法解算出各测量基站中信标节点电磁波收发点(2)的空间坐标；所述精确自标定是在由粗略自标定获得无线传感网络信标节点电磁波收发点(2)的空间坐标后，利用各测量基站中已知的信标节点电磁波收发点(2)、绝对零位(6)和直角靶镜顶点(4)三者空间位置关系，解算出各测量基站中激光绝对测距系统(5)瞄准其余测量基站中直角靶镜(3)所需转动的水平方向角度和垂直方向角度以及各测量基站中直角靶镜(3)对准其余测量基站中激光绝对测距系统(5)所需转动的水平方向角度和垂直方向角度；第一轮测量，上位机通过分别控制测量基站C2、C3、…、Cn中的二维旋转台使测量基站 C2、C3、…、Cn中的激光绝对测距系统(5)同时瞄准测量基站Cl中的直角靶镜(3)，上位机再通过控制测量基站Cl中的二维旋转台(7)使测量基站Cl中的直角靶镜(3)逐个对准测量基站C2、C3、…、Cn中的激光绝对测距系统(5)，由激光绝对测距系统(5)获得测量基站 Cl与其余测量基站之间的精确距离信息；第二轮测量，上位机通过分别控制测量基站Cl、 C3、…、Cn中的二维旋转台使测量基站Cl、C3、…、Cn中的激光绝对测距系统(5)同时瞄准测量基站C2中的直角靶镜(3)，上位机再通过控制测量基站C2中的二维旋转台使测量基站C2中的直角靶镜逐个对准测量基站Cl、C3、…、Cn中的激光绝对测距系统(5)，由激光绝对测距系统(5)获得测量基站C2与其余测量基站之间的精确距离信息；以同样的方法继续测量直至第η轮测量结束，获得所有测量基站之间的精确距离信息；采用原点循环标定法解算出各测量基站中绝对零位(6)的空间坐标，再利用各测量基站中信标节点电磁波收发点(2)和绝对零位(6)已知的空间位置关系，解算出信标节点电磁波收发点(2)的空间坐标。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统自标定方法，其特征是所述原点循环标定法是n个测量基站C1、C2、…、Cn中，任意两个测量基站之间的距离可由激光测距或无线测距方法获得，第一次标定将测量基站Cl设定为空间坐标系的原点，并由此次测得任意两个测量基站之间的距离，再按式(10)解算出各测量基站的坐标，且设定由它们构成坐标Ma1= ((χ; ), ( 4),..., (4 ,γ ,ζ ))；
全文摘要
本发明公开了一种基于无线传感网络引导的超大几何参量测量系统的自标定方法，其标定过程是首先对测量基站中信标节点的信标节点电磁波收发点完成粗略自标定，再利用粗略自标定的标定结果引导激光绝对距离测量系统完成对绝对零位和信标节点电磁波收发点的精确自标定。本发明在硬件上简单，可在测量过程中进行标定，且各测量基站的标定结果具有同等精度。
文档编号G01B11/00GK102288107SQ20111011482
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者余晓芬, 胡佳文, 胡进忠 申请人:合肥工业大学