一种pos系统动态定位精度检测系统及方法_3

文档序号:9372412阅读:来源:国知局
求解流程如下:
[0062] 1)利用GNSS控制网解算的方式,解算天线相位中心坐标,推算POS中心的精确坐 标;
[0063] 2)利用全站仪获取测量合作目标高精度的坐标,并将该测量坐标转换至地心地固 坐标系,
[0064]
[0065] 其中Ic1表示全站仪测量坐标系与地心地固系之间尺度因子的变化,4表示在全 站仪测量坐标系下,全站仪获得的测距矢量;表示从当地水平系到地心地固系的转变; (〇表示全站仪中心在地心地固坐标系下的位置;
[0066] 3)利用POS输出信息获取测量合作目标在地心地固坐标的坐标
[0067]
[0068] k2表示惯性坐标系与当地水平坐标系系之间的尺度因子的变化,表示惯性 坐标系向当地水平坐标系的转变;表示当地水平坐标系向地心地固系的转变表 示在惯性参考平台坐标系下,测量合作目标相对于惯性平台中心的矢量,本发明中将MU 中心作为POS中心,因此< 即为所需求解的安置参数(〇惯性平台中心在地心地固坐 标系下的位置,即POS中心在WGS-84坐标系下坐标。
[0069] 4)对步骤2)和3)中方程进行解算,结果即为测量合作目标的安置参数:
[0076] 按照上述过程解算出的测量合作目标相对于待测POS系统之间的安置参数将测 量合作目标和待测POS系统安装在载体上,在载体运行过程中,记录全站仪、激光跟踪仪的 测量数据和待测POS系统的输出数据,解算出载体运行的相应轨迹,将全站仪的测量数据 与POS测量输出目标点的信息进行整体轨迹对比和实时点位对比,从而确定POS动态定位 的精度。
[0077] 本系统主要采用整体轨迹对比和实时点位对比两种方法评定POS系统的定位精 度。
[0078] 整体轨迹对比主要是通过改进迭代就近点法(Iterative Closet Point, ICP)算 法来实现的。
[0079] ICP算法主要是以基础数据集为基准,通过对需要转换的数据集进行坐标旋转和 平移,使两个数据集重合,实现数据的拼接。ICP算法的优势在于:ICP算法不需要考虑尺度 因子的变换,转换速度更快;ICP算法根据数据整体进行转换,传统坐标转换法只是根据公 共点进行坐标转换,整体效果更好。
[0080] 本系统主要是将高采样频率,高精度的激光跟踪仪测量数据作为基础,将ICP改 进型算法用于全站仪动态跟踪测量的轨迹修正。具体的,可按照以下流程进行算法运算。
[0081] (1)获取基准轨迹P与待修正轨迹Q对应的同名点。本文使用激光跟踪仪作为基 准轨迹,其采样频率为1000HZ,满足最近点选取的需求,采用点与点之间距离最短为条件, 进行同名点的选取。
[0082] ds = I P^q11 ηιη
[0083] (2)根据邻近的同名点对求取坐标旋转矩阵R1和坐标平移矩阵T i。在求解时,给 坐标旋转矩阵R1附初值。在求解坐标转换参数时,不考虑尺度因子影响,因此选用解算较 快的四元数法进行平差求解。
[0084]
[0085] P = RiQo+Ti
[0086] (3)将求解所得坐标转换参数用于轨迹Q的修正。
[0087] Q1=R1QfTi
[0088] (4)利用下一组相邻同名点对求解标准轨迹P与经过修正后轨迹Qn的转换参数, 并将求解所得新的转换参数R n+1、Tn+1用于Q n的修正,获取新的修正轨迹Q n+1,采用的公式如 下:
[0089] P = Rn+1Qn+Tn+1
[0090] Qn+1= Rn+1Qn+Tn+1
[0091] (5)设立迭代终止条件:设定一个迭代收敛阈值δ > 〇,通过求解并比较修正前后 同名点对之间均方根误差dn来判断是否终止修正,当dn_d n+1< δ时,表示修正过程结束。
[0092]
[0093] 在实际测量过程中,通过时间同步,检测系统与POS系统完成了时间基准统一。但 由于两套系统的采样频率不一致,检测系统获取测量数据的时间信息并不能与POS数据 一一对应。为解决该类问题,本发明采用插值算法,对POS输出数据进行插值,从而获得对 应时刻的测量信息,以实现实时点位对比。
[0094] 在发明具体采用抛物插值算法、拉格然日插值算法和自然样条插值算法来实现实 时点位对比,算法具体说明如下:
[0095] (1)抛物插值
[0096] 已知函数f (X)上三个互异点(X1, If(X1)), (x2, f2(x2)),(x3, f(x3)),用过这三个点 的一条抛物线即二次函数g(x)来近似代替f(x),故称之为抛物插值,采用的插值函数为:
[0097] g(X) =a2x2+a1x+a〇
[0098] (2)拉格朗日插值
[0099] η次插值问题,即求经过函数f (X)已知点(X。,y。),(X1, Y1),…(xn, yn)而次数不高 于η的多项式:
[0100] Pn (X) = ao+aj+...+anxn
[0101] 用构造 η次插值基函数的方法,可得拉格朗日插值多项式为:
[0102]
[0103] (3)自然样条插值
[0104] 已知函数y = f (X)在区间[a, b]上的n+1个互异节点a = xQ< X iO··; X n= b 处的值为Y1 (i = 〇, 1,…,η),若分段表示的函数树幻满足:
[0105] 1) ?ΦΟ在[Χι,χι+1]的表达式河幻都是不高于3次的多项式;
[0106] 2)供
[0107] 3)舛X)在整个区间[a, b]上有连续的二阶导数。
[0108] 则称#(*)为三次样条插值函数。但上述条件还不足以确定其插值表达式,还需要 加在区间两个端点处的边界条件,当满足自然边界条件<'(《) = 〇,<'(A) = 〇才成为自然样 条插值函数。
[0109] 对于拉格朗日插值,一般认为次数越高,结果越精确,但多项式次数较高时,会出 现龙格现象,使得插值结果不稳定,本文实际采用移动插值的方法,即对某个待插值节点首 先寻找其最近个n+1点,由这些点插值得到待求节点处的轨迹数据,然后移动到下一个待 插值节点进行插值,如此反复,这样就能保证插值结果的精度。
[0110] 本发明的一种POS系统动态精度检测方法的实施例
[0111] 本发明的POS系统动态检测方法采用上个实施例中给出的检测系统实现,检测系 统的结构及连接关系如图1所示,具体结构和功能已在上个实施例中进行了详细说明,这 里不再赘述。下面以上个实施例中的检测系统为例对本发明的检测方法的实施过程进行详 细说明。
[0112] 1.将测量合作目标按照其与待测POS系统之间的安置参数安装在载体上。
[0113] 安置参数的求解过程如下:
[0114] A.利用GNSS控制网解算方式解算出天线相位中心坐标,由该中心坐标获取頂U中 心坐标作为待测POS系统的中心坐标;
[0115] B.根据POS系统输出信息获取测量合作目标在地心地固坐标系下的坐标与测量 合作目标相对于POS中心的矢量之间的关系;
[0116
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