砌成的平台，地基 深埋于地下，可以隔离振动。使用CA边与CB边测量得到的天文方位角并根据《大地天文测 量规范》确定天文坐标系的三轴方向及AB线在天文坐标系下航向偏差角为，至此，天文 坐标系建立完毕；其中，平面镜或立方镜上设有十字线，；
[0033] 步骤2、全站仪坐标系与天文坐标系转换
[0034] 如图2所示，在wMPS系统整体测量场的合适地点（能够接收到至少两个红外发射 站发射的信号）架设一台高精度全站仪，并将其调整水平。在全站仪初始化完毕后，将其瞄 准基墩上平面镜中的十字线，来分别测量得到两个平面镜中的十字线在全站仪坐标系下的 三维坐标。然后使用全站仪测量得到的两个平面镜上的十字线在全站仪坐标系下的三维坐 标进行做差得到Pq= [X q, Yq, Zq](角标q表示全站仪坐标系下测量值），计算出AB线在全 站仪坐标系下的航向偏差角
> 由于全站仪使用前已经进行整平，因此全站 仪坐标系与已经测定好的天文坐标系仅存在Z轴方向上的偏差，而其在Z轴方向上的偏差 角度即AB线在全站仪坐标系与天文坐标系下航向偏差角的差。根据AB线在天文坐标系下 航向偏差角为γ AB线在全站仪坐标系下的航向偏差角
计算两个坐标 系的航向偏差角Θ为两坐标系之间的姿态转换矩阵为：
[0036] 其中，角标q表示全站仪坐标系下测量值；
[0037] 至此，全站仪坐标系与天文坐标系之间的相互位姿关系确定完毕；
[0038] 步骤3、wMPS系统整体测量场坐标系与全站仪坐标系转换及室内目标天文坐标确 定
[0039] 由于wMPS系统与全站仪均为三维坐标测量设备，二者坐标系转换可通过在测量 空间中布设公共点完成。如图2所示将10个38. Imm直径的靶球座均匀固定在室内测量 空间中，尽量分散布置，在靶球座上安装有转站球。首先用wMPS系统逐一对靶球座上安装 的转站球进行三次以上测量，然后取平均值作为该点（靶球座上安装的转站球的质心）在 wMPS系统整体测量场坐标系下的三维坐标下的精确值，即第i个靶球座在wMPS系统整体 测量场坐标系下的三维坐标记为if。使用wMPS系统测量完后，将与wMPS系统的信号接收 器尺寸兼容的球形棱镜（形状、尺寸均与转站球相同）分别放置在10个靶球座上，然后使 用全站仪瞄准球形棱镜，多次测量并记录球形棱镜在全站仪坐标系下的三维坐标，求取平 均值作为该点（靶球座上安装的球形棱镜的质心）在wMPS系统整体测量场坐标系下的三 维坐标下的精确值，第i个靶球座在全站仪坐标系下的三维坐标记为f。至此，两组分别在 wMPS坐标系下和全站仪坐标系下的三维坐标值（/T (/二1,2,.,.10)和f (/_ = K 2...丨0))已经测 量完毕，将两组数值导入wMPS系统的SA测量软件中，计算得到wMPS系统整体测量场坐标 系与全站仪坐标系的转换矩阵^^，进而得到wMPS系统整体测量场坐标系与天文坐标系的 转换矩阵圮.=< ，至此，wMPS系统整体测量场坐标系与天文坐标系的对准过程完成， 根据转换矩阵^、wMPS系统整体测量场坐标系下室内目标坐标，得到室内目标的天文坐标 其中，其中，转站球上设有wMPS系统的信号接收器。
[0040] 其中，本发明方法中，wMPS系统包括包括20个顶装倒置的红外发射站，且月球车 等航天器上均设有多个信号接收器，月球车等航天器自身的实时位姿测量由wMPS系统整 体测量场实时提供，由于红外发射站采用顶装倒置，其他物体对激光的遮挡情况能够被完 全抑制，保证了系统导航数据的连续性与可靠性；另外，本发明方法中wMPS系统整体测量 场的静态单点绝对定位精度为〇. 2_，动态定位精度优于1_，均超过其他室内大尺寸移动 目标导航系统或方法。
[0041] 本发明方法中全站仪具有通过向目标点（靶球）发射一束激光实现非接触测量的 特性，可以实现基墩点平面镜中心十字的空间三维坐标的精确获取，用于实现wMPS系统整 体测量场坐标系与天文坐标系之间的相互转换，即建立了本发明方法中不同坐标系的传递 关系，实现了基于wMPS系统的室内目标天文坐标的确定。
[0042] 本发明方法中天文坐标系的建立可以参考《大地天文测量规范》、《三角测量和精 密导线测量规范》及《工程测量规范》中的相关方法。
[0043] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种基于WMPS系统的室内目标天文坐标的确定方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 在室内测量空间安装至少两个wMPS系统的红外发射站，设置室内基墩点A和室内 基墩点B，并均匀布置N个靶球座，室内基墩点A和室内基墩点B的基墩上分别设置平面镜， 且平面镜与基墩垂直，其中，平面镜上设有十字线，N为正整数； (2) 在室内测量空间外任选一点作为天文观测点C，在天文观测点C处测定CA边的天 文方位角，记为，CB边的天文方位角，记为《4，然后使用CA边的天文方位角》V与CB边 的天文方位角确定天文坐标系的三轴方向及AB线在天文坐标系下航向偏差角，其 中，角标t表示天文坐标系下测量值； (3) 在室内测量空间选取能够接收到至少两个红外发射站发射的信号的位置，在该位 置使用全站仪分别测量得到两个平面镜上的十字线在全站仪坐标系下的三维坐标后进行 做差得到坐标差P q= [X q，Yq，Zq]，然后计算出AB线在全站仪坐标系下的航向偏差角ai为其中，角标q表示全站仪坐标系下测量值； (4) 根据AB线在天文坐标系下航向偏差角4、AB线在全站仪坐标系下的航向偏差角计算两个坐标系的航向偏差角Θ为计算天文坐标系与全站仪坐标系的位姿转换矩阵馬为(5) 在N个靶球座上分别放置转站球，对于每一个转站球使用wMPS系统多次测量转站 球的三维坐标，然后取其平均值作为当前转站球在wMPS系统整体测量场坐标系下的三维 坐标，由此得到N个转站球在wMPS系统整体测量场坐标系下的三维坐标，并记为if，i = 1,2,3-N ； (6) 将N个形状、尺寸与转站球相同的球形棱镜分别放置在N个靶球座上，然后使用全 站仪多次测量球形棱镜在全站仪坐标系下的三维坐标，然后取其平均值作为该球形棱镜在 全站仪坐标系下的三维坐标，由此得到N个球形棱镜在全站仪坐标系下的三维坐标，第i个 球形棱镜在全站仪坐标系下的三维坐标记为; (7) 将两组三维坐标值if和if:分别导入wMPS系统，得到wMPS系统整体测量场坐标系 与全站仪坐标系的转换矩阵; (8) 根据wMPS系统整体测量场坐标系与全站仪坐标系的位姿转换矩阵V、天文坐标 系与全站仪坐标系的位姿转换矩阵巧得到wMPS系统整体测量场坐标系与天文坐标系的转 换矩阵 <为然后根据转换矩阵圮、wMPS系统整体测量场坐标系下室内目标坐标，得到室内目标 的天文坐标。2. 根据权利要求1所述的一种基于wMPS系统的室内目标天文坐标的确定方法，其特征 在于：所述的红外发射站为在室内测量空间内顶装倒置安装，其信号从室内测量空间顶部 向下投射。3. 根据权利要求1或2所述的一种基于wMPS系统的室内目标天文坐标的确定方法，其 特征在于：所述的N = 10,转站球与球形棱镜的直径为38. 1_。
【专利摘要】一种基于wMPS系统的室内目标天文坐标的确定方法，首先在室内测量空间设置红外发射站、室内基墩点A、室内基墩点B及靶球座，然后确定天文坐标系的三轴方向及AB线在天文坐标系下航偏角度，并计算出AB线在全站仪坐标系下的航偏角度，进而得到天文坐标系与全站仪坐标系的位姿转换矩阵，最后通过使用wMPS系统分别测量转站球及球形棱镜的三维坐标得到wMPS系统整体测量场坐标系与全站仪坐标系的转换矩阵，实现基于wMPS系统的室内目标天文坐标的确定。本发明与现有技术相比，实现对月球车姿态角度的实时测量需要较少的全站仪等设备，在保证测量空间大、全空间覆盖的同时降低了测量及导航成本。
【IPC分类】G01C21/24, G01C21/20
【公开号】CN105180940
【申请号】CN201510568123
【发明人】刘磊, 贾永, 牟小刚, 朱志斌, 汤亮, 段文杰, 杨凌辉, 任永杰
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月8日