一种基于观瞄测定目标位置的装置和方法与流程

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种基于观瞄测定目标位置的装置和方法。

背景技术：

在野外大地测量工作等需要对不易接近的目标进行定位，在对不易接近的目标的实际观测中，多采用激光测距仪、红外热像仪等观测仪器。其中，激光测距仪是利用激光的某个参数实现对目标距离测量的仪器，激光测距范围约为3.5～5000米，通过计算发射光束和由目标反射的接收光束的时间差(相位差)来检测距离，在测量精度上，激光测距仪普遍可达到米级，一些专业的测量级产品可达到亚米级、毫米级，但是这种方式仅能得到观测平台到目标的距离，无法获得目标的精确位置，如果需要得到目标的精确位置，需要借助多点测量的手段，实现起来较为麻烦和不易；另外，有些人在上述方案的基础上，额外集成地磁和陀螺仪等设备获得经纬辅助信息，从而计算出目标位置，实现对目标的测定，而高精度的陀螺仪价格昂贵，动态性能好的又比较笨重，不易于携带。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于观瞄测定目标位置的装置和方法，用于解决现有技术中对目标位置的测量不精确的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明还提供了一种基于观瞄测定目标位置的装置，包括以下技术方案：

装置方案一，一种基于观瞄测定目标位置的装置，包括第一卫星导航差分接收机、第二卫星导航差分接收机、瞄准器及激光测距仪，所述第一卫星导航差分接收机和第二卫星导航差分接收机相连接的轴线，与瞄准器的光轴、激光测距仪的光轴相互平行；还包括有控制器，所述控制器与所述第一卫星导航差分接收机、所述激光测距仪通信连接。

装置方案二，在装置方案一的基础上，还包括显示屏，所述显示屏与所述控制器连接。

装置方案三、装置方案四，分别在装置方案一或装置方案二的基础上，所述控制器为CPU。

装置方案五、装置方案六，分别在装置方案三或装置方案四的基础上，所述显示屏为数字屏。

装置方案七、装置方案八，分别在装置方案三或装置方案四的基础上，所述显示屏为液晶屏。

本发明还提供了一种基于观瞄测定目标位置的方法，包括以下技术方案：

方法方案一，一种基于观瞄测定目标位置的方法，包括如下步骤：

1)分别获取第一卫星导航差分接收机和第二卫星导航差分接收机的位置信息，并获取第一卫星导航差分接收机与第二卫星导航差分接收机的之间的距离、激光测距仪与目标之间的距离及第一卫星导航差分接收机与激光测距仪之间的距离；

2)根据获取的第一卫星导航差分接收机和第二卫星导航差分接收机的位置信息及第一卫星导航差分接收机与第二卫星导航差分接收机的之间的距离，以第一卫星导航差分接收机所在的位置为基准点，以第二卫星导航差分接收机所在的位置为移动点，计算所述基准点和移动点的连线与三维坐标系之间的夹角；

3)根据激光测距仪与目标之间的距离、第一卫星导航差分接收机与激光测距仪之间的距离、及基准点与标准点的连线与三维坐标系之间的角度，计算目标在三维坐标系下的位置。

方法方案二，在方法方案一的基础上，所述基准点和移动点的连线与三维坐标系之间的夹角的表达式为：

其中，α为基准点和移动点的连线与X轴之间的夹角，β为基准点和移动点的连线与Y轴之间的夹角，γ为基准点和移动点的连线与Z轴之间的夹角，L为第一卫星导航差分接收机与第二卫星导航差分接收机的之间的距离，XA、YA、ZA分别是基准点在X轴、Y轴、Z轴上的位置，XB、YB、ZB分别是第二卫星导航差分接收机对应的点在X轴、Y轴、Z轴上的位置。

方法方案三，在方法方案二的基础上，所述目标在三维坐标系下的位置的表达式为：

X0＝(SL+d)sinα

Y0＝(SL+d)sinβ

Z0＝(SL+d)sinγ

其中，X0为目标在X轴上的位置，Y0为目标在Y轴上的位置，Z0为目标在Z轴上的位置，SL为激光测距仪与目标之间的距离，d为第一卫星导航差分接收机与激光测距仪之间的距离。

方法方案四、方法方案五和方法方案六，分别在方法方案一、方法方案二或方法方案三的基础上，目标位置计算完成后，将目标位置进行显示。

本发明的有益效果是：

本发明采用集成瞄准器、两台卫星导航差分接收机和激光测距仪，瞄准器用来实现对目标的观瞄，激光测距仪完成观测点到目标距离的测定，卫星导航差分接收机完成自身三维位置的测定，根据上述的数据计算目标的位置，本发明的方法可以很容易的获得被观测目标的精确位置，提高了目标位置测定的效率，方便对目标的分析与研究，为野外目标物的检测奠定了基础。

附图说明

图1为观瞄测定目标精确位置装置组成框图；

图2为观瞄测定目标装置主要组成部件安装示意图；

图3为观瞄装置到目标关键测量量值的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

一种基于观瞄测定目标位置的装置，如图1所示，包括瞄准器、激光测距仪、第一卫星导航差分接收机(对应图1中的差分接收机A)，第二卫星导航差分接收机(对应图1中的差分接收机B)，还包括有控制器以及集成在控制器内部的显示屏，控制器与第一卫星导航差分接收机、激光测距仪通过通信接口连接。本实施例中的瞄准器包括光学瞄准器、光电瞄准器或激光瞄准器；卫星导航差分接收机是接受全球定位系统(GPS或北斗等卫星定位系统)卫星信号并确定地面空间位置的仪器，全球定位导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源，卫星导航差分接收机采用了差分技术，差分技术是一种改进无线电导航系统定位精度的技术，通过确定已知位置的定位误差，随后将该误差或校正因子发送给相同地理区域内使用同一个无线电导航系统信号源的用户，差分技术有位置差分、伪距差分及载波相应差分技术，分别可得到米级、亚米级、厘米级的相对定位精度，可应用于高精度定位系统中。

如图2所示的安装结构图，包括第一卫星导航差分接收机1(对应图中的差分接收机A)、距离第一卫星导航差分接收机的设定位置处设置有第二卫星导航差分接收机2(对应图中的差分接收机B)，瞄准器3、激光测距仪4，第一卫星导航差分接收机和第二卫星导航差分接收机相连接形成的轴线与瞄准器的光轴、激光测距仪的光轴相互平行；为了保证相对测量的精度，第一卫星导航差分接收机与第二卫星导航差分接收机的距离L保持在1米或1米以上，不过两者之间的距离也可以小于1米，根据具体选用的卫星导航差分接收机的性能要求来确定。瞄准器的长度可以较短，只要保证卫星导航差分接收机安装支架不影响观瞄线即可，假设第一卫星导航差分接收机到激光测距仪的距离为d，第一卫星导航差分接收机到激光测距仪的距离d可以与上述两个卫星导航差分接收机的距离L等长，也可以为0，即直接放置在第一卫星导航差分接收机的正下方，观瞄装置完成后，可以直接测量L和d的大小，L和d为固定物理尺寸值。

其中，瞄准器用来实现对目标的观瞄，与其他功能模块无电接口，激光测距仪用来测定观测点到目标的距离，两台卫星导航差分接收机用来测定自身的坐标下的三维位置，该坐标为大地坐标系或者其他坐标系。当观测者使用瞄准器瞄准目标后，激光探测仪测定观测点到目标的距离，第一卫星导航差分接收机及第二卫星导航差分接收机分别测量自身的位置信息，最后在计算出目标的位置时，需要将计算得到的目标的位置在显示屏上进行显示，本实施例的显示屏与控制器连接，且显示屏集成在控制器内部，作为其他实施方式也可以设置在控制器外部，只要保证与控制器连接即可。本实施例的控制器为CPU、单片机、DSP、ARM中的任一种，本实施例的显示屏为数字屏或液晶屏，作为其他实施方式，显示屏还可以选择其他具有显示功能的设备。

如图3所示，以第一卫星导航差分接收机所在的位置为A点坐标，以第二卫星导航差分接收机所在的位置为B点坐标；S为瞄准目标后，在A点B点延长线上的目标到B点的距离，设此时激光测距仪到目标的距离里为SL，则S＝SL+d-L；α、β、γ分别为A、B两点连线与所在坐标系下与Y轴、X轴、Z轴的夹角。

本实施例的基于观瞄测定目标位置的方法，包括以下步骤：

1)第一卫星导航差分接收机与第二卫星导航差分接收机通信连接，分别对应图1中的差分接收机A和差分接收机B，差分接收机A在此看做基准站，差分接收机B在此看作移动站，差分接收机A利用卫星定位测定自身三轴位置的差分观测量信息XA、YA、ZA，并将测得的差分观测量信息实时发送给差分接收机B，差分接收机B接收该差分测量信息，并根据该差分测量信息进行差分，获得相较于差分接收机A精度极高的位置信息，可达到cm级。

2)实时处理后，得到自身的三轴位置信息XB、YB、ZB，并将三轴位置信息发送给差分接收机A，因此，差分接收机A不但通过定位获取自身位置信息外，还实时从差分接收机B获得差分接收机B的位置信息，然后差分接收机A将两台差分接收机的位置信息实时发送给CPU处理模块，测量L和d的大小，也写入直接测量L和d的大小，CPU模块获得以上信息后，计算目标的位置。

3)根据获取的第一卫星导航差分接收机的位置信息XA、YA、ZA和第二卫星导航差分接收机的位置信息XB、YB、ZB，及第一卫星导航差分接收机与第二卫星导航差分接收机的之间的距离L，以第一卫星导航差分接收机所在的位置为基准点A，以第二卫星导航差分接收机所在的位置为移动点B，由CPU控制模块计算基准点A和移动点B的连线与三维坐标系之间的夹角，基准点和移动点的连线与三维坐标系之间的夹角的表达式，即A点和B点的连线与三维坐标系之间的夹角表示为：

其中，α为A点和B点的连线与X轴之间的夹角，β为A点和B点的连线与Y轴之间的夹角，γ为A点和B点的连线与Z轴之间的夹角，L为第一卫星导航差分接收机与第二卫星导航差分接收机的之间的距离，XA、YA、ZA分别是基准点在X轴、Y轴、Z轴上的位置，XB、YB、ZB分别是第二卫星导航差分接收机对应的点在X轴、Y轴、Z轴上的位置。

4)根据激光测距仪与目标之间的距离SL、第一卫星导航差分接收机与激光测距仪之间的距离d、基准点和移动点的连线与三维坐标系之间的角度，由CPU控制模块计算目标在三维坐标系下的位置X0、Y0、Z0，从而得出目标的精确位置，目标在三维坐标系下的位置的表达式为：

X0＝(SL+d)sinα

Y0＝(SL+d)sinβ

Z0＝(SL+d)sinγ

其中，X0为目标在X轴上的位置，Y0为目标在Y轴上的位置，Z0为目标在Z轴上的位置，SL为激光测距仪与目标之间的距离，d为第一卫星导航差分接收机与激光测距仪之间的距离。

5)目标的三维坐标位置计算完成后，在显示屏上显示，供相关人员查看，也可根据坐标转换公式，转换成任意坐标系下的三轴位置或经纬度坐标。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。