專利名稱：一種動(dòng)態(tài)平臺(tái)姿態(tài)和高度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種姿態(tài)和高度測(cè)量方法，尤其是一種動(dòng)態(tài)平臺(tái)姿態(tài)和高度測(cè)量方法，進(jìn)一步是涉及一種利用正交二維激光掃描原理進(jìn)行路面上的動(dòng)態(tài)平臺(tái)姿態(tài)和高度測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
目前動(dòng)態(tài)平臺(tái)姿態(tài)的高精度實(shí)時(shí)測(cè)量主要使用基于陀螺和加速度計(jì)的慣性測(cè)量系統(tǒng)，并常與GPS (Global Position System,全球定位系統(tǒng))組合以保證長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量精度，但這類系統(tǒng)工作前的準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，不適于在一些實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用?；贕PS的姿態(tài)測(cè)量技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，但衛(wèi)星信號(hào)在一些情況下可能無(wú)法正常接收，且姿態(tài)測(cè)量精度受限于接收機(jī)的基線長(zhǎng)度。傾角傳感器通過(guò)測(cè)量重力加速度在其敏感軸上的分量，解算出傳感器相對(duì)于水平面的姿態(tài)角，主要用于靜態(tài)條件下載體的姿態(tài)測(cè)量，僅在載體姿態(tài)角變化速度較小時(shí)精度較高，動(dòng)態(tài)條件下載體平臺(tái)的姿態(tài)角的快速變化將導(dǎo)致測(cè)量精度顯著下降。動(dòng)態(tài)平臺(tái)在實(shí)際工作過(guò)程中，由于運(yùn)動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、平臺(tái)(或安裝支架)形變等原因，其姿態(tài)和高度都會(huì)發(fā)生變化，平臺(tái)上安裝的傳感器的姿態(tài)和高度也會(huì)隨之變化，這種變化在許多高精度測(cè)量系統(tǒng)中都是必須實(shí)時(shí)測(cè)量并補(bǔ)償?shù)摹１热?，單目視覺定位系統(tǒng)就需要實(shí)時(shí)測(cè)量相機(jī)的拍攝姿態(tài)和高度，這是保證定位精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。鑒于以上分析，有必要深入研究有別于傳統(tǒng)方法且性價(jià)比更高的動(dòng)態(tài)平臺(tái)的姿態(tài)和高度測(cè)量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種動(dòng)態(tài)平臺(tái)的姿態(tài)和高度測(cè)量方法，實(shí)時(shí)測(cè)量出動(dòng)態(tài)平臺(tái)由于運(yùn)動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、平臺(tái)(或安裝支架)形變等原因?qū)е碌淖藨B(tài)和高度變化。該方法算法簡(jiǎn)單、設(shè)備成本較為低廉、平臺(tái)姿態(tài)和高度的測(cè)量頻率和精度較高。本發(fā)明的技術(shù)方案是:基于正交二維激光掃描的平臺(tái)姿態(tài)和高度測(cè)量方法的基本思路為:由兩臺(tái)正交安裝、豎直向下掃描的二維激光掃描儀獲得路面掃描線；使用RANSAC算法估計(jì)出掃描線的表達(dá)式方程，利用兩掃描線的表達(dá)式方程得到道路平面方程；以道路平面方程為參考解算平臺(tái)的姿態(tài)和高度。本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下:將兩臺(tái)二維激光掃描儀固定在姿態(tài)和高度待測(cè)的平臺(tái)上，兩臺(tái)掃描儀均以豎直向下的方式同步掃描路面，并且兩臺(tái)掃描儀的掃描平面相互正交。建立掃描儀系統(tǒng)坐標(biāo)系Xs-SC；_CT，原點(diǎn)為兩個(gè)掃描儀的掃描平面與平臺(tái)所在平面三個(gè)平面的交點(diǎn)，χ軸平行于平臺(tái)所在平面但垂直于平臺(tái)前進(jìn)方向，Y軸平行于平臺(tái)所在平面且與平臺(tái)前進(jìn)方向相反，Z軸垂直于平臺(tái)所在平面且向上為正向，X軸、Y軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。實(shí)施下述步驟:第一步，采集數(shù)據(jù)。
平臺(tái)在路面上移動(dòng)，即平臺(tái)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)。兩臺(tái)掃描儀SJP S2同步掃描，采集數(shù)據(jù)。設(shè)S1和S2在某一時(shí)刻T分別掃描獲得一條掃描線,令其分別為L(zhǎng)1和L2。每條掃描線由η個(gè)掃描點(diǎn)組成,L1在掃描儀系統(tǒng)坐標(biāo)系XS-scanner中第i個(gè)掃描點(diǎn)的坐標(biāo)為(i=l, 2,…，η),L2在掃描儀系統(tǒng)坐標(biāo)系XS-scanner中第i個(gè)掃描點(diǎn)的坐標(biāo)為Pis2(i=l, 2，…，η)。第二步，計(jì)算T時(shí)刻掃描線L1和L2的表達(dá)式方程。利用掃描線L1和L2所包含的掃描點(diǎn)坐標(biāo)，使用RANSAC算法估計(jì)T時(shí)刻L1和L2的表達(dá)式方程，分別為:
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)平臺(tái)姿態(tài)和高度測(cè)量方法，其特征在于，將兩臺(tái)二維激光掃描儀固定在姿態(tài)和高度待測(cè)的平臺(tái)上，兩臺(tái)掃描儀均以豎直向下的方式同步掃描路面，并且兩臺(tái)掃描儀的掃描平面相互正交；建立掃描儀系統(tǒng)坐標(biāo)系Xs-Sc;_ ，原點(diǎn)為兩個(gè)掃描儀的掃描平面與平臺(tái)所在平面三個(gè)平面的交點(diǎn)，X軸平行于平臺(tái)所在平面但垂直于平臺(tái)前進(jìn)方向，Y軸平行于平臺(tái)所在平面且與平臺(tái)前進(jìn)方向相反，Z軸垂直于平臺(tái)所在平面且向上為正向，X軸、Y軸和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系；實(shí)施下述步驟: 第一步，采集數(shù)據(jù): 平臺(tái)在路面上移動(dòng)時(shí)，兩臺(tái)掃描儀S1和S2同步掃描，采集數(shù)據(jù)；設(shè)S1和S2在某一時(shí)刻T分別掃描獲得一條掃描線，令其分別為L(zhǎng)1和L2 ;每條掃描線由η個(gè)掃描點(diǎn)組成,L1在掃描儀系統(tǒng)坐標(biāo)系Xslct中第i個(gè)掃描點(diǎn)的坐標(biāo)為Kv (i=l, 2，…，n) ,L2在掃描儀系統(tǒng)坐標(biāo)系Xs-Scamer中第1個(gè)掃描點(diǎn)的坐標(biāo)為f ^ ( = 1, 2，…，Π)； 第二步，計(jì)算T時(shí)刻掃描線L1和L2的表達(dá)式方程: 利用掃描線L1和L2所包含的掃描點(diǎn)坐標(biāo)，使用RANSAC算法估計(jì)T時(shí)刻L1和L2的表達(dá)式方程，分別為:
全文摘要
本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)平臺(tái)的姿態(tài)和高度測(cè)量方法。技術(shù)方案是利用兩臺(tái)正交安裝、豎直向下掃描的二維激光掃描儀獲得路面掃描線；使用RANSAC算法估計(jì)出掃描線的表達(dá)式方程，利用兩掃描線的表達(dá)式方程得到道路平面方程；以道路平面方程為參考解算平臺(tái)的姿態(tài)和高度。本發(fā)明使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。測(cè)量結(jié)果不受運(yùn)動(dòng)平臺(tái)自身加速度的影響，沒(méi)有漂移，測(cè)量精度高。
文檔編號(hào)G01C3/00GK103090863SQ20131003852
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者馮瑩, 曹毓, 雷兵, 魏立安, 程金龍, 馬相路, 趙立雙 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)