以上两点误差来源,实际上分别造成了单站测量方位角信息误差以及系统交汇误差,而这两方面是整个系统的基础,因此,需对前面所述测量和校准方法加以改进。对于接收器方位信息的测量,结合发射站的结构和原理来看,实质上是获得两个激光平面分别旋转经过接收器时的状态,据此确定基站与接收器之间的空间位置关系。将接收器看做理想点,则此时接收器为该状态平面上一点。只要分别求得各基站各平面经过接收器时的方程,多个平面相交即为接收器点坐标。测量原理如图6所示。
图6 交汇测量原理图 Fig.6 Principle of intersection measurement
设发射站转速为ω,两激光扇面从初始位置绕转轴旋转至接收器点,分别用时t1和t2,由接收器计时测得。在发射基站坐标系下,光平面经过接收器时平面方程为
式中,δ(θ1)、δ(θ2)为关联函数,只与θ1、θ2有关;θ1=ωt1,θ2=ωt2,为光平面从初始位置至接收器的旋转角;f0(p1)、f0(p2)为初始位置激光扇面的平面方程。式(3)中两平面相交所得直线代替水平垂直角,更准确地表征了接收器相对于发射基站的方位信息。将多个基站统一,形成的多条直线相交,交点即为接收器点坐标。
经过以上改进,建立发射站坐标系时,只需将基站原点改为转轴与平面1交点,而X轴为平面1与XOY交线即可。以经纬仪坐标系为世界坐标系,设发射基站坐标系到世界坐标系下的旋转平移矩阵为R和T,则世界坐标系下初始位置光平面方程:
式中,f0w(p1)和f0w(p2)包含了实现系统测量的所有参数信息。因此,只需标定出每个基站的f0w(p1)和f0w(p2),即可实现系统的一体标定。(www.daowen.com)
图7以某发射基站中平面1为例,说明初始位置光平面校准方法。首先保证整个校准过程中世界坐标系不变,当发射基站不在工作状态时,采用辅助仪器由前述方法直接测得转轴直线方程。
在发射站激光平面所扫描空间布置n个接收器R1~Rn,计时测得光平面从初始位置扫描到各个接收器Ri的时间差ti(i=1~n),同时辅助仪器测得接收器在世界坐标系下的精确坐标值Ri(xi,yi,zi)。
图7 初始位置光平面坐标 Fig.7 Calibration of laser plane
激光扇面从初始位置绕转轴旋转角度θi=ωti后,经过接收器Ri。虚拟时,若将Ri绕转轴反方向旋转θi,则通过已知的转轴直线方程和该点坐标得出接收器在初始位置平面上的点坐标Pi(xpi,ypi,zpi)。相似的,求出n个接收器R1~Rn在初始位置光平面上的对应点P1~Pn。利用这些点进行最小二乘拟合出世界坐标系下初始位置平面1方程f0w(p1)。同理,测出激光平面2方程f0w(p2)。
类似的,在同一世界坐标系下测出两个或两个以上发射站初始位置光平面,再根据接收器所接收到的扫描角计算出各平面经过接收器时的方程,此时各平面的交点即为接收器点坐标。
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