專利名稱：用于全球定位系統(tǒng)的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)及校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試儀器，尤指一種用于校準(zhǔn)從全球定位系統(tǒng)中獲得的信息的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)及其校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
諸如高樓、大橋等大型市政工程建筑在強(qiáng)風(fēng)的作用下所發(fā)生的結(jié)構(gòu)位移的大小，是評(píng)價(jià)該建筑安全性的關(guān)鍵因素。由于全球定位系統(tǒng)(GPSGlobalPosition System)能夠覆蓋全球范圍，并且能夠在各種測量條件下實(shí)現(xiàn)不間斷操作，所以全球定位技術(shù)已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在監(jiān)測大型市政工程建筑在強(qiáng)風(fēng)作用下的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)位移響應(yīng)。GPS技術(shù)的最新發(fā)展已經(jīng)使得GPS成為監(jiān)測大型市政工程建筑的有力工具。在香港，已經(jīng)在青馬大橋上安裝了GPS網(wǎng)絡(luò)。
GPS用于動(dòng)態(tài)位移測量的精度是亞厘米到毫米級(jí)，然而，其精度取決于許多因素，諸如GPS接收機(jī)的采樣頻率、衛(wèi)星的覆蓋率、多路徑效應(yīng)和GPS數(shù)據(jù)處理等等。這些因素對(duì)于位于特定環(huán)境中的大型市政工程建筑來說，也是特定的。所以對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)以評(píng)估其測量精度也變得越來越重要和頻繁，尤其是隨時(shí)有各種新型的GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件面世，當(dāng)采用這些新型的系統(tǒng)時(shí)，均需要對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)才能夠投入使用。
目前，沒有完善的辦法來現(xiàn)場校準(zhǔn)該用于大型市政工程建筑的動(dòng)態(tài)位移測量的GPS系統(tǒng)的性能。目前發(fā)展出的校準(zhǔn)方法主要是使用電磁激勵(lì)器或一維小型震動(dòng)臺(tái)。
因此，有必要發(fā)展出一種檢測和校準(zhǔn)該GPS測試方法的精度的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)及其校準(zhǔn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
由上述可知，本發(fā)明的主要目的是提供一種二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其可產(chǎn)生各種類型在水平平面內(nèi)或垂直平面內(nèi)的二維運(yùn)動(dòng)，以模仿大型建筑在強(qiáng)風(fēng)作用下的動(dòng)態(tài)位移，從而通過將產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)位移與通過GPS系統(tǒng)檢測得到結(jié)果相比較，來對(duì)布設(shè)在該大型建筑上的GPS系統(tǒng)進(jìn)行方便地校準(zhǔn)操作。
本發(fā)明的第二目的是提供一種對(duì)監(jiān)測大型結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移的GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，用于校準(zhǔn)布設(shè)在建筑物上的GPS系統(tǒng)，其中包括一支承框架，用于支承該校準(zhǔn)臺(tái)的各組成部件；一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，用于模擬該結(jié)構(gòu)物的二維動(dòng)態(tài)位移；一雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在該支承框架和該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間，用于驅(qū)動(dòng)該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿正交的兩個(gè)方向X和Y作二維運(yùn)動(dòng)；一電子控制系統(tǒng)，設(shè)置在該支承框架上，用于控制該雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作；GPS接收機(jī)，其設(shè)置在該支承框架上，而該接收機(jī)的天線設(shè)置在該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，并隨該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一起作二維運(yùn)動(dòng)；和一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與該電子控制系統(tǒng)連接，用于根據(jù)原始輸入到該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，向該電子控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令；同時(shí)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還包括16通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于獲取該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信息；該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還計(jì)算該GPS接收機(jī)接收到的GPS信息，從而得出該GPS系統(tǒng)對(duì)該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測結(jié)果，通過將該監(jiān)測結(jié)果與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)相比較，得出該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度。
如上所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括上下兩層運(yùn)動(dòng)單元，該下層運(yùn)動(dòng)單元固設(shè)在該支撐框架上，上層運(yùn)動(dòng)單元設(shè)置在該下層運(yùn)動(dòng)單元上，并可相對(duì)于該下層運(yùn)動(dòng)單元沿一第一方向運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)置在該上層運(yùn)動(dòng)單元上，并可相對(duì)于該上層運(yùn)動(dòng)單元沿一第二方向運(yùn)動(dòng)，其中該第一方向與該第二方向垂直。
如上所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該下層運(yùn)動(dòng)單元由一鋁框架、一第一滾珠螺旋桿、第一滑動(dòng)導(dǎo)桿、一第一伺服電機(jī)和一第一離合器組成，該鋁框架可滑動(dòng)地設(shè)置在該第一滑動(dòng)導(dǎo)桿上，該第一伺服電機(jī)通過該第一離合器驅(qū)動(dòng)該第一滾珠螺旋桿旋轉(zhuǎn)，該第一滾珠螺旋桿驅(qū)動(dòng)該鋁框架在該第一滑動(dòng)導(dǎo)桿上運(yùn)動(dòng)。
如上所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該上層運(yùn)動(dòng)單元包括設(shè)置在下層運(yùn)動(dòng)單元的鋁框架上的第二滾珠螺旋桿、第二滑動(dòng)導(dǎo)桿、第二伺服電機(jī)和第二離合器，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝在該第二滾珠螺旋桿和第二滑動(dòng)導(dǎo)桿上，并由該第二伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
如上所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一界面模塊，用于與操作者進(jìn)行交互，操作者通過該界面模塊可輸入該原始的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)該界面模塊顯示最終的比較結(jié)果。
如上所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該接收機(jī)的天線通過螺栓安裝在該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。
如上所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該電子控制系統(tǒng)通過一運(yùn)動(dòng)控制板，用于將該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)位移轉(zhuǎn)換成滾珠螺旋桿在兩個(gè)方向的目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖。
如上所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中原始輸入到該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)是正弦波信號(hào)或圓形波信號(hào)，或結(jié)構(gòu)物二維運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
本發(fā)明的另一方面還提供了一種對(duì)進(jìn)行二維動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測的GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，包括如下步驟在目標(biāo)位置架設(shè)校準(zhǔn)臺(tái)；使該校準(zhǔn)臺(tái)產(chǎn)生一原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)；通過GPS系統(tǒng)監(jiān)測該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)；通過比較該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果與該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)，得出該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度；根據(jù)該監(jiān)測精度校準(zhǔn)該GPS監(jiān)測系統(tǒng)。
如上所述的一種對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，其中該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)為正弦波信號(hào)或圓形波信號(hào)，或結(jié)構(gòu)物二維運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
如上所述的一種對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，其中該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)的頻率范圍為0.02Hz～2Hz，振幅范圍為2mm到40mm。
本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)可在各種觀察條件下測試GPS系統(tǒng)監(jiān)測大型市政工程結(jié)構(gòu)的各種類型運(yùn)動(dòng)的精度。該二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)能夠生成各種類型的二維運(yùn)動(dòng)，其頻率范圍為0.02Hz～2Hz，振幅范圍為2mm到40mm，以仿真高層建筑和大跨度橋梁在風(fēng)力作用下沿兩個(gè)正交方向的運(yùn)動(dòng)。
該二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)包含的控制系統(tǒng)，可以高精度地控制該校準(zhǔn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，因此可以將該校準(zhǔn)臺(tái)作為基準(zhǔn)來評(píng)價(jià)GPS系統(tǒng)的性能和精度。而且，還提供有用戶友好的界面，以方便使用。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的平面圖；圖3A顯示了本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的下層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3B顯示了本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上層結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的工作流程圖；圖5是本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的配套軟件的操作界面。
具體實(shí)施例方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的該二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)1包括一支承框架11，用于支承該校準(zhǔn)臺(tái)的各組成部件；一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12，用于模擬該結(jié)構(gòu)物的二維動(dòng)態(tài)位移；一雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)13，設(shè)置在該支承框架11和該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12之間，用于驅(qū)動(dòng)該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12沿正交的兩個(gè)方向X和Y作二維運(yùn)動(dòng)；一電子控制系統(tǒng)16，設(shè)置在該支承框架11上，用于控制該雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)13的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作；GPS接收機(jī)17，其設(shè)置在該支承框架11上，而該接收機(jī)的天線18設(shè)置在該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12上，并隨該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一起作二維運(yùn)動(dòng)；和一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)19，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與該電子控制系統(tǒng)16連接，用于根據(jù)原始輸入到該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，向該電子控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令；同時(shí)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還包括16通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于獲取該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信息。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還計(jì)算接收到的GPS信息。
在本實(shí)施例中，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12的尺寸為400mm(寬)×400mm(長)×5mm(厚)。而支承框架11的總體尺寸為720mm(寬)×720mm(長)×800mm(高)。該校準(zhǔn)臺(tái)1用輕質(zhì)材料，例如鋁合金制成，從而便于攜帶，利于在建筑物的現(xiàn)場進(jìn)行校準(zhǔn)工作。另外，該支承框架的四條支承腿是可以調(diào)整的，以確保該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12總是在水平面內(nèi)。該校準(zhǔn)臺(tái)1也可轉(zhuǎn)90度，使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在垂直平面內(nèi)。GPS天線18通過螺栓安裝在該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12上，對(duì)應(yīng)的螺孔沿該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12的X和Y方向間隔50mm。
由上述可知，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12是通過一雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)13設(shè)置在支撐框架11上的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖3A和圖3B所示，該雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)13包括上下兩層運(yùn)動(dòng)單元，該下層運(yùn)動(dòng)單元固設(shè)在該支撐框架11上，上層運(yùn)動(dòng)單元設(shè)置在該下層運(yùn)動(dòng)單元上，并可相對(duì)于該下層運(yùn)動(dòng)單元沿一第一方向(Y方向)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12設(shè)置在該上層運(yùn)動(dòng)單元上，并可相對(duì)于該上層運(yùn)動(dòng)單元沿一第二方向(X方向)運(yùn)動(dòng)，其中該第一方向與該第二方向垂直。
如圖3A所示，該下層運(yùn)動(dòng)單元由一鋁框架20、一第一滾珠螺旋桿15、兩第一滑動(dòng)導(dǎo)桿21、第一伺服電機(jī)14和第一離合器22組成，該鋁框架20呈90度安裝在該第一滾珠螺旋桿15和滑動(dòng)導(dǎo)桿21上。該第一伺服電機(jī)14通過該第一離合器驅(qū)動(dòng)該第一滾珠螺旋桿15旋轉(zhuǎn)，該第一滾珠螺旋桿15驅(qū)動(dòng)該鋁框架20在該第一滑動(dòng)導(dǎo)桿21上運(yùn)動(dòng)。
如圖3B所示，該上層運(yùn)動(dòng)單元包括設(shè)置在下層運(yùn)動(dòng)單元的鋁框架20上的第二滾珠螺旋桿15’、第二滑動(dòng)導(dǎo)桿21’、第二伺服電機(jī)14’和第二離合器22’。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12然后安裝在上層運(yùn)動(dòng)單元的第二滾珠螺旋桿15’和第二滑動(dòng)導(dǎo)桿21’上。兩滾珠螺旋桿15、15’由兩個(gè)精確的伺服電機(jī)14、14’通過電子控制系統(tǒng)16來控制。從而給該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12提供二維的運(yùn)動(dòng)。
下面描述本發(fā)明的校準(zhǔn)臺(tái)的工作過程。在目標(biāo)位置點(diǎn)架設(shè)該校準(zhǔn)臺(tái)1，該目標(biāo)位置點(diǎn)包括高層建筑和大橋上等布設(shè)有GPS網(wǎng)絡(luò)的地方，也即需要校準(zhǔn)的位置。在無風(fēng)條件下，通過該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)19輸入模仿該待校準(zhǔn)建筑在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下的二維動(dòng)態(tài)位移，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)19解析該輸入信號(hào)，然后生成一系列的控制指令，該電子控制系統(tǒng)16執(zhí)行該控制指令，控制伺服電機(jī)14、14’驅(qū)動(dòng)該滾珠螺旋桿15、15’，最終由該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12輸出二維動(dòng)態(tài)位移，從而該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12的運(yùn)動(dòng)模仿了該建筑在風(fēng)載作用下的運(yùn)動(dòng)。由于GPS接收機(jī)17的天線18隨該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12一起運(yùn)動(dòng)，所以該GPS接收機(jī)17與參考站一起也能夠同時(shí)接收全球定位系統(tǒng)的信息，該信息傳送到該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過與該接收機(jī)配套的數(shù)據(jù)處理軟件，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就能夠計(jì)算出通過全球定位系統(tǒng)獲得的該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)12的動(dòng)態(tài)位移。然后該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過比較該輸入的二維運(yùn)動(dòng)，與通過該GPS系統(tǒng)獲得的二維運(yùn)動(dòng)，從而得到該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度，并對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。在有微風(fēng)條件下，上述工作過程也可應(yīng)用，仍需多設(shè)置一GPS接收機(jī)。
為了確保該校準(zhǔn)臺(tái)1能夠精確地再現(xiàn)輸入的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，該校準(zhǔn)臺(tái)1的電子控制系統(tǒng)16包含了復(fù)雜的控制過程。該電子控制系統(tǒng)16首先通過設(shè)置在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)19中的一ADLINK PCI-8164運(yùn)動(dòng)控制板，將該校準(zhǔn)臺(tái)的目標(biāo)位移轉(zhuǎn)換成在兩個(gè)方向的滾珠螺旋桿15、15’的目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖。每個(gè)伺服電機(jī)14、14’由該電子控制系統(tǒng)16進(jìn)行控制，以驅(qū)動(dòng)該滾珠螺旋桿15、15’。該電子控制系統(tǒng)16同時(shí)接收伺服電機(jī)14、14’發(fā)出的位置反饋信號(hào)，以決定是否到了目標(biāo)位置。該伺服電機(jī)14、14’的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)最終經(jīng)過譯碼器轉(zhuǎn)變?yōu)樵撔?zhǔn)臺(tái)的位移。該伺服電機(jī)的型號(hào)是MITSUBISHI HC-MFS43是由日本生產(chǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該伺服電機(jī)的信息是通過國家儀器公司(National Instruments)的NI-6035E采集板來獲取的，其采樣頻率為50Hz。該16通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與名為“運(yùn)動(dòng)發(fā)生器”的計(jì)算機(jī)程序相交互，該計(jì)算機(jī)程序?yàn)楸景l(fā)明的系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交互的接口，其操作界面如圖5所示。另外，本發(fā)明系統(tǒng)的電源控制設(shè)置中具有斷路器(MCB)，用于保護(hù)伺服電機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的校準(zhǔn)臺(tái)在制成后，使用位移測量精度為0.01mm的LK501激光位移變換器在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了校準(zhǔn)。測得該二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的測量誤差低于0.3％。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的校準(zhǔn)臺(tái)的工作狀況，在香港的開闊地進(jìn)行了一系列的現(xiàn)場測試。所用的GPS系統(tǒng)主要包括兩個(gè)Leica AT504環(huán)形天線(Choke Ringantenna)和兩個(gè)采樣頻率為20Hz的Leica GX1230 GPS接收機(jī)。
首先使用靜態(tài)天線來進(jìn)行靜態(tài)測試，來測試GPS系統(tǒng)的背景噪聲。通過持續(xù)9小時(shí)觀察該靜態(tài)測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)背景噪聲主要由低頻分量組成。由此可以設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波方案，用于GPS系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)。然后進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試，以評(píng)價(jià)該GPS系統(tǒng)在測試正弦和圓形位移時(shí)的精度。通過比較由該GPS系統(tǒng)記錄的校準(zhǔn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和由校準(zhǔn)臺(tái)產(chǎn)生的原始運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)如果位移的振幅大于5mm，并且運(yùn)動(dòng)頻率小于等于1Hz，GPS系統(tǒng)能夠精確地測量正弦或圓形的動(dòng)態(tài)位移。最后使用包括頻率范圍為0.025Hz-1.8Hz頻率范圍的一維白噪聲隨機(jī)波形，和在臺(tái)風(fēng)作用下從帝王大廈測量得到的、由臺(tái)風(fēng)引起的建筑物的二維運(yùn)動(dòng)的復(fù)合信號(hào)來評(píng)價(jià)該GPS系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)位移測量精度。比較結(jié)果顯示，該GPS系統(tǒng)能夠滿意地跟蹤高層建筑在風(fēng)力作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
圖4示出了本發(fā)明的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)的工作流程圖。其中在步驟41，首先在目標(biāo)點(diǎn)架設(shè)本發(fā)明的校準(zhǔn)臺(tái)。然后通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入原始的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，從而在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制下使得該校準(zhǔn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生二維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，該二維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真了建筑物在風(fēng)載下的動(dòng)態(tài)位移(步驟42)。通過GPS系統(tǒng)監(jiān)測該二維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，得到一監(jiān)測結(jié)果(步驟43)。通過比較該監(jiān)測結(jié)果與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(步驟44)，從而得到該GPS系統(tǒng)對(duì)于該二維動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測精度，最終根據(jù)該監(jiān)測精度對(duì)該布設(shè)在建筑物上的GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)(步驟45)。
本發(fā)明的校準(zhǔn)臺(tái)除了可以校準(zhǔn)GPS系統(tǒng)之外，還可以用于校準(zhǔn)其它儀器，例如位移傳感器和加速度計(jì)等。
權(quán)利要求
1.一種二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，用于校準(zhǔn)布設(shè)在結(jié)構(gòu)物上的GPS系統(tǒng)，其中包括一支承框架(11)，用于支承該校準(zhǔn)臺(tái)的各組成部件；一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(12)，用于模擬該結(jié)構(gòu)物的二維動(dòng)態(tài)位移；一雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)，設(shè)置在該支承框架(11)和該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(12)之間，用于驅(qū)動(dòng)該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(12)沿正交的兩個(gè)方向X和Y作二維運(yùn)動(dòng)；一電子控制系統(tǒng)(16)，設(shè)置在該支承框架(11)上，用于控制該雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作；GPS接收機(jī)(17)，其設(shè)置在該支承框架(11)上，而該接收機(jī)的天線(18)設(shè)置在該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(12)上，并隨該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一起作二維運(yùn)動(dòng)；和一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(19)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與該電子控制系統(tǒng)(16)連接，用于根據(jù)原始輸入到該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，向該電子控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令；同時(shí)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還包括16通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于獲取該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信息；該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還計(jì)算該GPS接收機(jī)(17)接收到的GPS信息，從而得出該GPS系統(tǒng)對(duì)該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(12)的二維運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測結(jié)果，通過將該監(jiān)測結(jié)果與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)相比較，得出該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度。
2.如權(quán)利要求1所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)包括上下兩層運(yùn)動(dòng)單元，該下層運(yùn)動(dòng)單元固設(shè)在該支撐框架(11)上，上層運(yùn)動(dòng)單元設(shè)置在該下層運(yùn)動(dòng)單元上，并可相對(duì)于該下層運(yùn)動(dòng)單元沿一第一方向運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(12)設(shè)置在該上層運(yùn)動(dòng)單元上，并可相對(duì)于該上層運(yùn)動(dòng)單元沿一第二方向運(yùn)動(dòng)，其中該第一方向與該第二方向垂直。
3.如權(quán)利要求2所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該下層運(yùn)動(dòng)單元由一鋁框架(20)、一第一滾珠螺旋桿(15)、第一滑動(dòng)導(dǎo)桿(21)、一第一伺服電機(jī)(14)和一第一離合器(22)組成，該鋁框架(20)可滑動(dòng)地設(shè)置在該第一滑動(dòng)導(dǎo)桿(21)上，該第一伺服電機(jī)(14)通過該第一離合器(22)驅(qū)動(dòng)該第一滾珠螺旋桿(15)旋轉(zhuǎn)，該第一滾珠螺旋桿(15)驅(qū)動(dòng)該鋁框架(20)在該第一滑動(dòng)導(dǎo)桿(21)上運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求3所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該上層運(yùn)動(dòng)單元包括設(shè)置在下層運(yùn)動(dòng)單元的鋁框架(20)上的第二滾珠螺旋桿(15’)、第二滑動(dòng)導(dǎo)桿(21’)、第二伺服電機(jī)(14’)和第二離合器(22’)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(12)安裝在該第二滾珠螺旋桿(15’)和第二滑動(dòng)導(dǎo)桿(21’)上，并由該第二伺服電機(jī)(14’)驅(qū)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一界面模塊，用于與操作者進(jìn)行交互，操作者通過該界面模塊可輸入該原始的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)該界面模塊顯示最終的比較結(jié)果。
6.如權(quán)利要求1所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該接收機(jī)的天線通過螺栓安裝在該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上。
7.如權(quán)利要求1所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中該電子控制系統(tǒng)通過一運(yùn)動(dòng)控制板，用于將該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)位移轉(zhuǎn)換成滾珠螺旋桿在兩個(gè)方向的目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖。
8.如權(quán)利要求1所述的二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，其中原始輸入到該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)是正弦波信號(hào)或圓形波信號(hào)，或結(jié)構(gòu)物二維運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
9.一種對(duì)進(jìn)行二維動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測的GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，包括如下步驟在目標(biāo)位置架設(shè)校準(zhǔn)臺(tái)；使該校準(zhǔn)臺(tái)產(chǎn)生一原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)；通過GPS系統(tǒng)監(jiān)測該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)；通過比較該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果與該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)，得出該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度；根據(jù)該監(jiān)測精度校準(zhǔn)該GPS監(jiān)測系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的一種對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，其中該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)為正弦波信號(hào)或圓形波信號(hào)，或結(jié)構(gòu)物二維運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
11.如權(quán)利要求9所述的一種對(duì)GPS系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法，其中該原始動(dòng)態(tài)位移信號(hào)的頻率范圍為0.02Hz～2Hz，振幅范圍為2mm到40mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)臺(tái)，用于校準(zhǔn)布設(shè)在結(jié)構(gòu)物上的GPS系統(tǒng)，包括一支承框架；一運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；一雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在該支承框架和該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間，用于驅(qū)動(dòng)該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿正交的兩個(gè)方向作二維運(yùn)動(dòng)；一電子控制系統(tǒng)，設(shè)置在該支承框架上，用于控制該雙層雙向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作；GPS接收機(jī)，其設(shè)置在該支承框架上；和一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于根據(jù)原始輸入的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，向該電子控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令；同時(shí)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還獲取該GPS接收機(jī)接收到的GPS信息；從而得出該GPS系統(tǒng)對(duì)該運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測結(jié)果，并通過將該監(jiān)測結(jié)果與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)相比較，得出該GPS系統(tǒng)的監(jiān)測精度。
文檔編號(hào)G01S19/23GK1797024SQ20041010117
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者徐幼麟, 丁曉利 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)