基于多平移信息的 vps/imu 組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU 本發(fā)明設(shè)及多導(dǎo)航傳感器空間同步技術(shù)，具體為基于多平移信息的VPS/IMU組合 導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著技術(shù)的發(fā)展，不同導(dǎo)航設(shè)備之間的組合導(dǎo)航不斷完善，使得組合導(dǎo)航結(jié)果精 度更高，魯椿性更好，因此多導(dǎo)航傳感器之間的組合得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用，尤其在地面機(jī)器 人的導(dǎo)航，航天器交會(huì)對(duì)接近程操作等領(lǐng)域。
[000引IMU是一種利用加速度計(jì)和巧螺儀測(cè)得載體的加速度和角速度，通過(guò)導(dǎo)航解算求 得載體即時(shí)位姿信息的導(dǎo)航設(shè)備，是一種自主式的導(dǎo)航設(shè)備。IMU在工作時(shí)既不向外發(fā)射、 也不接受外界任何電磁波信號(hào)。因此，它具有自主、隱蔽、實(shí)時(shí)及不受地域、時(shí)間和氣候條件 限制的特點(diǎn)，能夠方便的提供載體的六自由度信息，因此得到廣泛的應(yīng)用。但由于巧螺儀和 加速度計(jì)本身存在漂移，長(zhǎng)時(shí)間使用IMU會(huì)得到與真實(shí)值偏差較大的結(jié)果。所W IMU在短 期內(nèi)精度較高，長(zhǎng)期精度較低，可W使用一種與IMU特性互補(bǔ)的傳感器對(duì)其長(zhǎng)期漂移進(jìn)行 校正。CCD相機(jī)因其具有測(cè)量范圍廣、精度高，設(shè)備體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，并且誤差 不會(huì)隨著時(shí)間的推移而遞增，所W成為與IMU進(jìn)行組合導(dǎo)航的理想傳感器。
[0004] 但是，IMU -般使用的是當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系，與CCD相機(jī)設(shè)置的世界坐標(biāo)系并不統(tǒng) 一，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要通過(guò)坐標(biāo)變換得到當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣 和平移矢量。理論上設(shè)置兩個(gè)坐標(biāo)系重合可W簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。但在工程實(shí)際應(yīng)用中，兩者 往往并不能夠設(shè)置為重合，而且現(xiàn)有技術(shù)中采用的直接測(cè)量?jī)烧咧g的旋轉(zhuǎn)角和平移距離 得到的結(jié)果并不精確，而且非常的復(fù)雜，無(wú)法滿足組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步中對(duì)其轉(zhuǎn)換精 度和轉(zhuǎn)換速度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ投啻纹揭七\(yùn)動(dòng)對(duì)世 界坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系進(jìn)行空間同步的，基于多平移信息的VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的 空間同步方法。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] 本發(fā)明基于多平移信息的VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)體進(jìn)行 至少四次平移運(yùn)動(dòng)，在每次的平移矢量均不平行的前提下，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到世界坐標(biāo)系 和當(dāng)?shù)氐乩硐档淖儞Q矩陣和平移矢量，完成對(duì)VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步。
[000引優(yōu)選的，本發(fā)明具體包括如下步驟，
[0009] 步驟1，設(shè)置VPS系統(tǒng)中CCD相機(jī)的世界坐標(biāo)系原點(diǎn)和IMU中當(dāng)?shù)氐乩硐翟c(diǎn)，并 W左手坐標(biāo)系規(guī)則建立世界坐標(biāo)系V，W右手坐標(biāo)系規(guī)則建立當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系n ;
[0010] 步驟2,對(duì)實(shí)驗(yàn)體進(jìn)行至少四次平移運(yùn)動(dòng)，分別測(cè)量實(shí)驗(yàn)體在V系和n系下的位移， 建立對(duì)應(yīng)平移次數(shù)的投影等式方程；
[0011] 步驟3,對(duì)由步驟2得到的等式方程得到變換矩陣關(guān)于平移矢量在V系和n系下投 影的等式，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到變換矩陣的值；
[0012] 步驟4,由變換矩陣的值得到變換矩陣C:不能滿足單位正交化的條件，在進(jìn)行坐標(biāo) 變換前應(yīng)對(duì)C做單位正交化處理；
[0013] 步驟5,將單位正交后的矩陣q'代入投影等式方程，得到平移矢量<。。；由平移矢 量得到坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的距離，完成對(duì)VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步。
[0014] 進(jìn)一步，步驟2中，所述的投影等式方程如下，
[00 巧]rV=C:/'+咕。；
[0016] 其中，rV為實(shí)驗(yàn)體在V系中的投影坐標(biāo)，r n為試驗(yàn)體在n系中的投影坐標(biāo)，G為變 換矩陣，<。"為平移矢量。
[0017] 進(jìn)一步，進(jìn)行四次平移后，得到的變換矩陣如下，
[001 引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于多平移信息的VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法，其特征在于，對(duì)實(shí)驗(yàn)體 進(jìn)行至少四次平移運(yùn)動(dòng)，在每次的平移矢量均不平行的前提下，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合得到世界坐 標(biāo)系和當(dāng)?shù)氐乩硐档淖儞Q矩陣和平移矢量，完成對(duì)VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多平移信息的VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法， 其特征在于，具體包括如下步驟， 步驟1，設(shè)置VPS系統(tǒng)中CCD相機(jī)的世界坐標(biāo)系原點(diǎn)和IMU中當(dāng)?shù)氐乩硐翟c(diǎn)，并W左 手坐標(biāo)系規(guī)則建立世界坐標(biāo)系V，W右手坐標(biāo)系規(guī)則建立當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系n ; 步驟2,對(duì)實(shí)驗(yàn)體進(jìn)行至少四次平移運(yùn)動(dòng)，分別測(cè)量實(shí)驗(yàn)體在V系和n系下的位移，建立 對(duì)應(yīng)平移次數(shù)的投影等式方程； 步驟3,對(duì)由步驟2得到的等式方程得到變換矩陣關(guān)于平移矢量在V系和n系下投影的 等式，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到變換矩陣的值； 步驟4,由變換矩陣的值得到變換矩陣C:不能滿足單位正交化的條件，在進(jìn)行坐標(biāo)變換 前對(duì)C:做單位正交化處理； 步驟5,將單位正交后的矩陣q代入投影等式方程，得到平移矢量<?！罚挥善揭剖噶康? 到坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的距離，完成對(duì)VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多平移信息的VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法， 其特征在于，步驟2中，所述的投影等式方程如下，
其中，rv為實(shí)驗(yàn)體在V系中的投影坐標(biāo)，r n為試驗(yàn)體在n系中的投影坐標(biāo)，G為變換矩 陣，嗦。為平移矢量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多平移信息的VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法， 其特征在于，進(jìn)行四次平移后，得到的變換矩陣如下，
其中，ri、r2、rs、r4分別為四次平移對(duì)應(yīng)的平移矢量，V和n的角標(biāo)分別表示對(duì)應(yīng)矢量 在V系和n系中的投影。

【專利摘要】本發(fā)明基于多平移信息的VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步方法，具體包括如下步驟，1、設(shè)置VPS系統(tǒng)中世界坐標(biāo)系原點(diǎn)和IMU中當(dāng)?shù)氐乩硐翟c(diǎn)，并以左手和右手坐標(biāo)系規(guī)則建立世界坐標(biāo)系v和當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系n；2、對(duì)實(shí)驗(yàn)體進(jìn)行至少四次平移，分別測(cè)量實(shí)驗(yàn)體在v系和n系下的位移，建立對(duì)應(yīng)平移次數(shù)的投影等式方程；3、對(duì)由投影等式方程得到變換矩陣關(guān)于平移矢量在v系和n系下投影的等式，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到變換矩陣的值；4、由變換矩陣的值得到變換矩陣不能滿足單位正交化的條件；5、將單位正交后的矩陣代入投影等式方程，得到平移矢量；由平移矢量得到坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的距離，完成對(duì)VPS/IMU組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)的空間同步。
【IPC分類】G01C21-20
【公開號(hào)】CN104596517
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510023858
【發(fā)明人】羅建軍, 龔柏春, 范志剛, 朱戰(zhàn)霞, 袁建平
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月16日