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      一種船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn)方法_2

      文檔序號:9685337閱讀:來源:國知局
      儀數(shù)據(jù)推算的圓球球屯、坐標(biāo)。同時對水面W下的兩組各Ξ個圓球利用多波束測量數(shù)據(jù)進行 球面擬合獲取球屯、坐標(biāo)。
      [0030] 兩組檢校目標(biāo)物在水面W下對應(yīng)4號球可在Χ0Υ平面分別利用激光掃描儀數(shù)據(jù)推 算的球屯、坐標(biāo)獲得投影直線y=kix+bi,利用多波束數(shù)據(jù)擬合獲得的球屯、坐標(biāo)獲得投影直線 y=k2X+b2。取兩條直線與ENU坐標(biāo)系Y軸正向夾角在0到V2內(nèi)的向量,則對應(yīng)激光掃描儀數(shù) 據(jù)的直線向量為(l,ki),對應(yīng)多波束數(shù)據(jù)所得直線向量為(l,k2)。則多波束數(shù)據(jù)相對于激光 掃描儀數(shù)據(jù)在臘搖方向的角度偏轉(zhuǎn)為向量(l,ki)與向量(l,k2)之間的夾角。計算兩向量與X 軸正向的夾角余弦值,用向量(1,〇)代表X軸正向,若多波束對應(yīng)向量與X軸正向的夾角余弦 值大于激光掃描儀對應(yīng)向量與X軸正向的夾角余弦值,則定義縱搖偏轉(zhuǎn)角為正值;若多波束 對應(yīng)向量與X軸正向的夾角余弦值小于激光掃描儀對應(yīng)向量與X軸正向的夾角余弦值,則定 義縱搖偏轉(zhuǎn)角為負值。同理,再取兩組檢校目標(biāo)物在水面W下對應(yīng)5號球可在X0Y平面分別 利用激光掃描儀數(shù)據(jù)推算的球屯、坐標(biāo)和利用多波束數(shù)據(jù)擬合獲得的球屯、坐標(biāo)獲得兩條直 線,利用上述方法求多波束數(shù)據(jù)對應(yīng)直線相對于激光掃描儀數(shù)據(jù)對應(yīng)直線的夾角并確定正 負。最后對兩組檢校目標(biāo)物在水面W下對應(yīng)6號球利用上述方法求解多波束數(shù)據(jù)對應(yīng)直線 相對于激光掃描儀數(shù)據(jù)對應(yīng)直線的夾角并確定正負。
      [0031] 最后利用兩組檢校目標(biāo)物獲得4,5,6號球Ξ組多波束數(shù)據(jù)對應(yīng)直線相對于激光掃 描儀數(shù)據(jù)對應(yīng)直線確定正負的夾角,對運Ξ組夾角求平均值作為臘搖方向偏轉(zhuǎn)夾角另φ。
      [0032] 步驟4.6:獲取的Ξ個方向角度偏轉(zhuǎn)修正量(?ρ 分別為多波束坐標(biāo)系相對于 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系下的橫搖、縱搖和臘搖的角度偏轉(zhuǎn)修正量,單位為弧度。
      [0033] 考慮到小角的情況下,對于角度修正量的近似旋轉(zhuǎn)矩陣為
      [0034]
      [0035] 利用W上旋轉(zhuǎn)矩陣對多波束原始數(shù)據(jù)進行修正,將測量數(shù)據(jù)重新歸算到地屯、地固 坐標(biāo)系下,歸算公式為:
      [0036]
      [0037] 其中:[XeYeZe]為地屯、地固坐標(biāo)系下坐標(biāo);[XΥZ]ne為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中屯、在地屯、 地固坐標(biāo)系下坐標(biāo);為當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系向地屯、地固坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣,此處當(dāng)?shù)厮阶?標(biāo)系為測量時慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中屯、所在位置為原點建立的當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系:知為慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)坐標(biāo)系向當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣,此處當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系為測量時慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中 屯、所在位置為原點建立的當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系;巧器為粗標(biāo)定后多波束坐標(biāo)系相對于慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)坐標(biāo)系的初始旋轉(zhuǎn)矩陣;ρ+ 為校準(zhǔn)獲得的對粗標(biāo)定后多波束坐標(biāo)系相對于慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系角度偏轉(zhuǎn)的修正矩陣,I為單位陣;[XΥZ]m為多波束坐標(biāo)系下的測量點坐 申不;[lxklz]b為粗t不定后多波束坐柄系中屯、相對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中屯、的初始偏移量;[Alx ΔkΔlz]b為多波束坐標(biāo)系中屯、相對于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系中屯、偏移量的修正量,當(dāng)前未 進行偏移量的修正量計算,因此當(dāng)前步驟可設(shè)置為零。
      [0038] 重新轉(zhuǎn)換測量點坐標(biāo)到建立的ENU坐標(biāo)系下坐標(biāo),求解多波束坐標(biāo)系相對于慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系的橫搖、縱搖W及臘搖Ξ個方向角度偏轉(zhuǎn)的修正量,改正到前一次的角度 偏轉(zhuǎn)修正量中,迭代該過程直到多波束測量平面的法向量與激光掃描儀測量平面的法向量 夾角小于一定閥值時結(jié)束迭代,該閥值由實際情況確定。整個迭代過程獲得的多波束坐標(biāo) 系相對于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系的橫搖、縱搖W及臘搖Ξ個方向旋轉(zhuǎn)量的修正量為最終角度 檢校結(jié)果。
      [0039] 本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果:
      [0040] 本發(fā)明提出了一種船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn)方法,與現(xiàn)有技術(shù) 相比,一種船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn)方法,集成了激光掃描儀和多波束 測深儀,可W同時獲取海底地形和近岸水上地形數(shù)據(jù),解決近岸海岸帶和灘涂地形測量問 題;激光掃描儀精檢校獲取的偏移量和旋轉(zhuǎn)角度具有較高精度,W精檢校后激光掃描儀測 量的數(shù)據(jù)為準(zhǔn),求取多波束測量目標(biāo)結(jié)果相對于激光掃描儀測量并推算至同一目標(biāo)結(jié)果的 距離偏差W及多波束測量數(shù)據(jù)相對于激光掃描儀測量數(shù)據(jù)的橫搖、縱搖和臘搖角度偏轉(zhuǎn) 量,實現(xiàn)了船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn),對漂浮于水中的目標(biāo)物進行一體 化測量。
      [0041] 本發(fā)明可用于實驗水池系統(tǒng)的整體檢校或海上沒有合適固定檢校目標(biāo)時船載水 上水下一體化測量系統(tǒng)的整體檢校。
      【附圖說明】
      [0042] 圖1為本發(fā)明一種船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn)方法中檢校目標(biāo)物 的示意圖。
      [0043] 圖2為在本發(fā)明一種船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn)方法中檢校目標(biāo) 物上建立ENU坐標(biāo)系的示意圖。
      [0044] 圖3為本發(fā)明一種船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn)方法的流程框圖。
      【具體實施方式】
      [0045] 下面結(jié)合附圖W及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明:
      [0046] 如圖1所示,設(shè)計的剛性連接檢校目標(biāo)物,其中:上方Ξ圓球直徑都為曰,下方Ξ圓 球直徑都為b,圓球之間間隔為C(W上設(shè)計尺寸根據(jù)實際需要適當(dāng)調(diào)整,并且圓球數(shù)目也可 根據(jù)情況適當(dāng)添加,圓球之間的連接桿設(shè)計有螺紋,使用時旋進圓球,使用結(jié)束可拆卸。一 旦使用連接桿連接好圓球后,整體檢校目標(biāo)物作為剛性連接物體)。
      [0047]首先介紹一下本發(fā)明所需要的理論基礎(chǔ):
      [004引 1.球面擬合理論
      [0049]根據(jù)球面公式
      [0061] 其中:Vi為圓球半徑誤差,巧圓球半徑近似值,X為對應(yīng)近似值的微小改正量,B為 泰勒公式展開時微小量系數(shù),1為已知圓球半徑與圓球半徑近似值之差。對于η個點有:
      [0066] 利用最小二乘平差:
      [0067] Σv^=min(4)
      [0068]經(jīng)過解算得到微小量(Δa,Δb,ΔC),進而得到球屯、坐標(biāo)(a,b,c)。進行迭代計算, 當(dāng)近似值對應(yīng)微小量足夠小并滿足要求時停止,此時獲得最終圓球球屯、坐標(biāo)。
      [0069] 2.平面內(nèi)直線擬合理論
      [0070]該專利中主要使用Ξ個點進行平面內(nèi)直線擬合
      [0071] W在X0Y平面為例,設(shè)立個點分別為Pi化,Υι),Ρ2(拉,Υ2),Ρ3化,Y3)。
      [0072]設(shè)待擬合的直線為:
      [0073] y=kx+b。
      [0074] Ξ個點到待擬合的直線距離為:
      [0075]
      [0076]其中1 = 1,2,3。
      [0077] 擬合的直線應(yīng)滿足使W上Ξ個點到該直線的距離平方和最小。因此
      [0088] 聯(lián)立W上兩個方程可求的k和b。進而得到擬合直線y=kx+b。
      [0089] -種船載水上水下一體化測量系統(tǒng)野外實時校準(zhǔn)方法(如圖3所示),該方法采用 R2sonic2024多波束測深儀,RIE化VZ1000激光掃描儀,SPAN-LCI慣性導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng),按照 如下步驟進行:
      [0090]步驟1:將六個圓球作為一組按一定順序串聯(lián)起來;選用合適材料調(diào)整串聯(lián)圓球的 浮力,使得串聯(lián)圓球中上方Ξ個圓球處在水面W上,下方Ξ個圓球處在水面W下。圓球自上 而下依次編號為1,2,3,4,5,6。圓球大小設(shè)計尺寸適中,水面^上圓球可被激光掃描儀充分 掃描,水面W下圓球可被多波束測深儀充分掃描,同時測量數(shù)據(jù)能夠表
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