[发明专利]室内测量定位系统单发射站位姿参数在线修正方法

权利要求书

1.一种室内测量定位系统单发射站位姿参数在线修正方法，其特征是，包括如下步骤：

1)、在工作空间内布置好发射站，完成发射站定向过程，记录发射站定向结果既每个发射站位姿参数；

2)、在工作空间内安装4个以上用于修正发射站位姿的接收器，并使每个接收器可接收到该测量区域内的所有发射站信息，用于安装接收器的支架由温度系数较小的殷钢或陶瓷材料制成并固连在工位地基上；

3)、采用已完成定向的发射站或已将坐标系统一到测量坐标系下的激光跟踪仪等高精度辅助定向设备测量每个用于位姿修正的接收器的坐标值，并将测量结果保存在上位机中作为基准值；

4)、当测量区域内某一发射站位姿发生改变影响测量精度时，采用位姿修正用接收器接收器该发射站所发出的光信号，构建形如(7)式的方程组，通过发射站光平面与接收器几何约束关系解算发射站旋转四元数修正量δq_TXGn及坐标修正量δP_TXGn，

其中R′_TXG由q′_TXG求得，q′_TXG及P′_TXG为原始值加修正量形式，此时有δq_TXGn及δP_TXGn 7个修正量待求，发射站光平面参数(a′_m b′_m c′_m d′_m)在出厂时经标定得到，转台旋转角度θ₁、θ₂可测，如果接收器坐标(x_RXG y_RXG  z_RXG )已知，则每个发射站可构造两个光平面与接收器的约束关系方程；

5)、采用四元数修正量δq_TXGn及坐标修正量δP_TXGn与初始定向时发射站位姿参数通过(5)式及(6)式计位姿改变后的发射站新位姿参数R′_TXG及P′_TXG，(5)式及(6)式如下：

q′_TXG＝q_TXG+δq_TXG＝(q_TXG1+δq_TXG1，q_TXG2+δq_TXG2，q_TXG3+δq_TXG3，q_TXG4+δq_TXG4)    (2)

P′_TXG＝P_TXG+δP_TXG ＝(x_TXG+δx_TXG y_TXG+δy_TXG z_TXG+δz_TXG)        (3)

(5)(6)式中δP_TXG及δq_TXG分别为待求的发射站坐标修正量及四元数修正量，T表示转置。

2.如权利要求1所述方法，其特征是，所述公式(7)及δq_TXGn及坐标修正量δP_TXGn由下列步骤获得：

1)、激光发射站的数学模型被抽象为绕公共转轴上一点的两个旋转的非平行半平面及一个以固定频率发射脉冲光的点光源，而接收器可简化为以靶面光学中心为中心的质点，组装完毕后定义发射站坐标系可定义如下，以激光平面1与转轴的交点为激光发射站原 点，旋转轴为Z轴，X轴为初始时刻，即转台转至固定位置，发射站发射脉冲光时，激光器1光轴所在位置，Y轴遵循右手定则。出厂前，对发射站旋转角速度ω进行设定，并标定发射站激光平面在初始位置处的平面ABCD参数，则发射站坐标系下光平面方程可表示为：

a′₁、a′₂、b′₁、b′₂、c′₁、c′₂、d′₁、d′₂即为ABCD参数，当两平面激光分别扫过接收器时其在发射站坐标系下的两平面方程系数变为转台旋转角度θ₁、θ₂的函数：

2)、工业现场测量坐标系一般为现场已知的工位坐标系、设备坐标系或零件坐标系。WMPS系统在经过定向后，可确定每台激光发射站原点在测量坐标系下的坐标P_TXG及激光发射站坐标系到测量坐标系的旋转矩阵R_TXG，其中，发射站旋转矩阵R_TXG亦可用单位四元数q_TXG：(q_TXG1，q_TXG2，q_TXG3，q_TXG4)表示，当的发射站两个扫描光分别到达接收器时，发射站转台转过角度分别为θ₁、θ₂时易知发射站旋两个转光平面方程在测量坐标系下的方程参数(a_TXG1(θ₁)，b_TXG1(θ₁)，c_TXG1(θ₁)，d_TXG1(θ₁))^T及(a_TXG2(θ₂)，b_TXG2(θ₂)，c_TXG2(θ₂)，d_TXG2(θ₂))^T可表示为：

3)、当受到外界因素干扰，发射站n位姿发生偏移时，其旋转矩阵R_TXG变为R′_TXG，所对应的四元数q_TXG变为q′_TXG，发射站坐标P_TXG变为P′_TXG，偏移后的发射站外姿可以原有外姿参数加修正量的形式表示：

q′_TXG＝q_TXG+δq_TXG＝(q_TXG1+δq_TXG1，q_TXG2+δq_TXG2，q_TXG3+δq_TXG3，q_TXG4+δq_TXG4)    (8)

P′_TXG＝P_TXG+δP_TXG ＝(x_TXG+δx_TXG y_TXG+δy_TXG z_TXG+δz_TXG)        (9) 

(5)(6)式中δP_TXG及δq_TXG分别为待求的发射站坐标修正量及四元数修正量；

当发射站光平面扫过接收器时，由于接收器在平面内，方程(1)所描述的几何关系仍然成立。如此时接收器在测量坐标系下坐标通过预先测量已知，为(x_RXG y_RXG z_RXG)，由发射站与接收器之间的几何约束关系可得：

其中R′_TXG由q′_TXG求得，q′_TXG及P′_TXG为原始值加修正量形式，此时有δq_TXGn及δP_TXGn 7个修正量待求，发射站光平面参数(a′_m b′_m c′_m d′_m)在出厂时经标定得到，转台旋转角度θ₁、θ₂可测，如果接收器坐标(x_RXG y_RXG  z_RXG)已知，则每个发射站可构造两个光平面与接收器的约束关系方程，因此，当测量区域内有4以上坐标已知的接收器时可构造如下优化目标函数并求解发射站位姿修正量：