专利名称：一种动态平台姿态和高度测量方法
技术领域：
本发明属于光电测控技术领域，涉及一种姿态和高度测量方法，尤其是一种动态平台姿态和高度测量方法，进一步是涉及一种利用正交二维激光扫描原理进行路面上的动态平台姿态和高度测量的方法。
背景技术：
目前动态平台姿态的高精度实时测量主要使用基于陀螺和加速度计的惯性测量系统，并常与GPS (Global Position System,全球定位系统)组合以保证长时间的测量精度，但这类系统工作前的准备时间较长，价格昂贵，不适于在一些实时测量系统中应用。基于GPS的姿态测量技术是当前研究的热点领域，但卫星信号在一些情况下可能无法正常接收，且姿态测量精度受限于接收机的基线长度。倾角传感器通过测量重力加速度在其敏感轴上的分量，解算出传感器相对于水平面的姿态角，主要用于静态条件下载体的姿态测量，仅在载体姿态角变化速度较小时精度较高，动态条件下载体平台的姿态角的快速变化将导致测量精度显著下降。动态平台在实际工作过程中，由于运动、机械振动、平台(或安装支架)形变等原因，其姿态和高度都会发生变化，平台上安装的传感器的姿态和高度也会随之变化，这种变化在许多高精度测量系统中都是必须实时测量并补偿的。比如，单目视觉定位系统就需要实时测量相机的拍摄姿态和高度，这是保证定位精度的关键技术之一。鉴于以上分析，有必要深入研究有别于传统方法且性价比更高的动态平台的姿态和高度测量方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种动态平台的姿态和高度测量方法，实时测量出动态平台由于运动、机械振动、平台(或安装支架)形变等原因导致的姿态和高度变化。该方法算法简单、设备成本较为低廉、平台姿态和高度的测量频率和精度较高。本发明的技术方案是:基于正交二维激光扫描的平台姿态和高度测量方法的基本思路为:由两台正交安装、竖直向下扫描的二维激光扫描仪获得路面扫描线；使用RANSAC算法估计出扫描线的表达式方程，利用两扫描线的表达式方程得到道路平面方程；以道路平面方程为参考解算平台的姿态和高度。本发明所采用的具体技术方案如下:将两台二维激光扫描仪固定在姿态和高度待测的平台上，两台扫描仪均以竖直向下的方式同步扫描路面，并且两台扫描仪的扫描平面相互正交。建立扫描仪系统坐标系Xs-SC；_CT，原点为两个扫描仪的扫描平面与平台所在平面三个平面的交点，χ轴平行于平台所在平面但垂直于平台前进方向，Y轴平行于平台所在平面且与平台前进方向相反，Z轴垂直于平台所在平面且向上为正向，X轴、Y轴和Z轴构成右手坐标系。实施下述步骤:第一步，采集数据。
平台在路面上移动，即平台处于运动状态时。两台扫描仪SJP S2同步扫描，采集数据。设S1和S2在某一时刻T分别扫描获得一条扫描线,令其分别为L1和L2。每条扫描线由η个扫描点组成,L1在扫描仪系统坐标系XS-scanner中第i个扫描点的坐标为(i=l, 2,…，η),L2在扫描仪系统坐标系XS-scanner中第i个扫描点的坐标为Pis2(i=l, 2，…，η)。第二步，计算T时刻扫描线L1和L2的表达式方程。利用扫描线L1和L2所包含的扫描点坐标，使用RANSAC算法估计T时刻L1和L2的表达式方程，分别为:
权利要求
1.一种动态平台姿态和高度测量方法，其特征在于，将两台二维激光扫描仪固定在姿态和高度待测的平台上，两台扫描仪均以竖直向下的方式同步扫描路面，并且两台扫描仪的扫描平面相互正交；建立扫描仪系统坐标系Xs-Sc;_ ，原点为两个扫描仪的扫描平面与平台所在平面三个平面的交点，X轴平行于平台所在平面但垂直于平台前进方向，Y轴平行于平台所在平面且与平台前进方向相反，Z轴垂直于平台所在平面且向上为正向，X轴、Y轴和Z轴构成右手坐标系；实施下述步骤: 第一步，采集数据: 平台在路面上移动时，两台扫描仪S1和S2同步扫描，采集数据；设S1和S2在某一时刻T分别扫描获得一条扫描线，令其分别为L1和L2 ;每条扫描线由η个扫描点组成,L1在扫描仪系统坐标系Xslct中第i个扫描点的坐标为Kv (i=l, 2，…，n) ,L2在扫描仪系统坐标系Xs-Scamer中第1个扫描点的坐标为f ^ ( = 1, 2，…，Π)； 第二步，计算T时刻扫描线L1和L2的表达式方程: 利用扫描线L1和L2所包含的扫描点坐标，使用RANSAC算法估计T时刻L1和L2的表达式方程，分别为:
全文摘要
本发明提供一种动态平台的姿态和高度测量方法。技术方案是利用两台正交安装、竖直向下扫描的二维激光扫描仪获得路面扫描线；使用RANSAC算法估计出扫描线的表达式方程，利用两扫描线的表达式方程得到道路平面方程；以道路平面方程为参考解算平台的姿态和高度。本发明使用的设备简单，成本低。测量结果不受运动平台自身加速度的影响，没有漂移，测量精度高。
文档编号G01C3/00GK103090863SQ20131003852
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者冯莹, 曹毓, 雷兵, 魏立安, 程金龙, 马相路, 赵立双 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学