專利名稱：基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)自標定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及超大幾何參量的測量系統(tǒng)，具體地說一種基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)的自標定方法。
背景技術：
隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的尺寸已經(jīng)達到幾十甚至數(shù)百米。這意味測量范圍也隨之擴大，對于超大幾何參量的測量也提出了現(xiàn)實要求。超大幾何參量的測量可以通過測量一些目標點的空間坐標，即對標志點進行定位間接實現(xiàn)。近些年，超大尺寸幾何參量測量技術在工業(yè)制造領域中得到了廣泛應用，比如大型飛機和輪船制造等?；跓o線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)是一種應用于超大幾何參量測量的新方法。它主要是由測量基站、標記站和上位機構成；其測量過程是先對測量基站進行標定，再利用無線傳感網(wǎng)絡的引導作用使激光絕對距離測量系統(tǒng)瞄準標記站中的直角靶鏡，最后由激光絕對距離測量系統(tǒng)完成最終測量。其中對測量基站標定精度的高低決定了無線傳感網(wǎng)絡的引導作用是否可以實現(xiàn)。測量基站主要由無線傳感網(wǎng)絡信標節(jié)點和安裝在二維旋轉臺的激光絕對距離測量系統(tǒng)組成，其中無線傳感網(wǎng)絡信標節(jié)點主要是由電源模塊、FPGA控制模塊、通信模塊和無線電磁波收發(fā)模塊構成。所謂對測量基站的標定即是通過特定標定方法確定測量基站中激光絕對距離測量系統(tǒng)的絕對零位的空間坐標和信標節(jié)點中無線電磁波收發(fā)模塊的電磁波收發(fā)點的空間坐標。由于基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)是一種新方法，因此其標定方法也有待研究。在參考其他超大幾何參量測量系統(tǒng)的標定方法基礎上，針對基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)，已提出以下兩種標定方法第一種是由坐標測量設備如激光跟蹤干涉儀確定若干個不同位置的標記站中直角靶鏡的頂點的空間坐標，再由激光絕對距離測量系統(tǒng)測得各激光絕對距離測量系統(tǒng)的絕對零位和不同位置的標記站中直角靶鏡的頂點之間的距離信息，最后計算出激光絕對距離測量系統(tǒng)的絕對零位和信標節(jié)點的電磁波收發(fā)點的空間坐標，第二種是增加測量基站個數(shù)使得測量系統(tǒng)形成冗余，如測量基站個數(shù)為5個，則一個標記站按兩點間距離公式與5個測量基站可以建立5個方程的同時，只引入了 3個未知數(shù)，可見存在2個冗余方程，因此只需增加標記站的個數(shù)，就可以先對信標節(jié)點的電磁波收發(fā)點進行自標定，再利用無線傳感網(wǎng)絡的引導作用完成對激光絕對距離測量系統(tǒng)的絕對零位的自標定。第一種標定方法精度較高，但需人工參與，因此標定效率低，且只能在測量過程之前進行；第二種標定方法可實現(xiàn)自動化標定，但同樣只能在測量過程之前進行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術所存在的不足之處，提供一種在硬件上簡單、且在測量過程中亦可進行標定的基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)自標定方法。
本發(fā)明解決技術問題采用如下技術方案本發(fā)明基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)自標定方法的特點是設置測量系統(tǒng)中的測量基站是由無線傳感網(wǎng)絡的信標節(jié)點、安裝在二維旋轉臺上的激光絕對距離測量系統(tǒng)和安裝在二維旋轉臺上的直角靶鏡組成，所述激光絕對距離測量系統(tǒng)中激光器的激光發(fā)射點被設定為絕對零位；所述信標節(jié)點是由電源模塊、控制模塊、通信模塊、無線電磁波收發(fā)模塊和計時模塊構成，所述控制模塊通過通信模塊與上位機進行通信并控制無線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)，所述無線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)端點被設定為信標節(jié)點電磁波收發(fā)點，計時模塊的開啟或結束可由無線電磁波收發(fā)模塊接收到脈沖信號后觸發(fā)或受控制模塊的控制；信標節(jié)點電磁波收發(fā)點、絕對零位和直角靶鏡的直角靶鏡頂點三者空間位置關系為已知；各測量基站被分別標記為Cl、C2、…、Cn，其中η為測量基站個數(shù)，且η彡6 ；標定方法為首先對測量基站中信標節(jié)點的信標節(jié)點電磁波收發(fā)點完成粗略自標定，再利用粗略自標定的標定結果引導激光絕對距離測量系統(tǒng)完成對絕對零位和信標節(jié)點電磁波收發(fā)點的精確自標定；所述粗略自標定是第一輪測量，上位機以固定時間間隔依照C1、C2、…、Cn的次序向各測量基站發(fā)送控制命令，測量基站Cl接收到控制命令后開啟計時模塊，其余測量基站接收到控制命令后通過信標節(jié)點向測量基站Cl發(fā)送脈沖信號，由計時模塊記錄下各脈沖信號的到達時間，各脈沖信號的到達時間包含了測量基站Cl與其余測量基站之間的粗略距離信息；第二輪測量，上位機以固定時間間隔依照C2、C3、…、Cn, Cl的次序向各測量基站發(fā)送控制命令，測量基站C2接收到控制命令后開啟計時模塊，其余測量基站接收到控制命令后通過信標節(jié)點向測量基站C2發(fā)送脈沖信號，由計時模塊記錄下各脈沖信號的到達時間，各脈沖信號的到達時間包含了測量基站C2與其余測量基站之間的粗略距離信息； 以同樣的方式繼續(xù)測量直至第η輪測量結束，獲得所有測量基站之間的粗略距離信息；采用原點循環(huán)標定法解算出各測量基站中信標節(jié)點電磁波收發(fā)點的空間坐標；所述精確自標定是在由粗略自標定獲得無線傳感網(wǎng)絡信標節(jié)點電磁波收發(fā)點 (2)的空間坐標后，利用各測量基站中已知的信標節(jié)點電磁波收發(fā)點、絕對零位和直角靶鏡頂點三者空間位置關系，解算出各測量基站中激光絕對測距系統(tǒng)瞄準其余測量基站中直角靶鏡所需轉動的水平方向角度和垂直方向角度以及各測量基站中直角靶鏡對準其余測量基站中激光絕對測距系統(tǒng)所需轉動的水平方向角度和垂直方向角度；第一輪測量，上位機通過分別控制測量基站C2、C3、…、Cn中的二維旋轉臺使測量基站C2、C3、…、Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)同時瞄準測量基站Cl中的直角靶鏡，上位機再通過控制測量基站Cl中的二維旋轉臺使測量基站Cl中的直角靶鏡逐個對準測量基站C2、C3、…、Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)，由激光絕對測距系統(tǒng)獲得測量基站Cl與其余測量基站之間的精確距離信息；第二輪測量，上位機通過分別控制測量基站Cl、C3、…、Cn中的二維旋轉臺使測量基站Cl、 C3、…、Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)同時瞄準測量基站C2中的直角靶鏡，上位機再通過控制測量基站C2中的二維旋轉臺使測量基站C2中的直角靶鏡逐個對準測量基站Cl、C3、…、 Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)，由激光絕對測距系統(tǒng)獲得測量基站C2與其余測量基站之間的精確距離信息；以同樣的方法繼續(xù)測量直至第η輪測量結束，獲得所有測量基站之間的精確距離信息；采用原點循環(huán)標定法解算出各測量基站中絕對零位的空間坐標，再利用各測量基站中信標節(jié)點電磁波收發(fā)點和絕對零位已知的空間位置關系，解算出信標節(jié)點電磁波收發(fā)點的空間坐標。本發(fā)明基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)自標定方法的特點也在于所述原點循環(huán)標定法是n個測量基站Cl、C2、…、Cn中，任意兩個測量基站之間的距離可由激光測距或無線測距方法獲得，第一次標定將測量基站Cl設定為空間坐標系的原點，并由此次測得任意兩個測量基站之間的距離，再按式(10)解算出各測量基站的坐標，且設定由它們構成坐標向量1=((χ11,Y11,Z11),(X12,Y12,Z12),...,(X1N,Y1N,Z1N))；
權利要求
1. 一種基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)自標定方法，其特征是 設置測量系統(tǒng)中的測量基站是由無線傳感網(wǎng)絡的信標節(jié)點(1)、安裝在二維旋轉臺 (7)上的激光絕對距離測量系統(tǒng)(5)和安裝在二維旋轉臺(7)上的直角靶鏡(3)組成，所述激光絕對距離測量系統(tǒng)(5)中激光器的激光發(fā)射點被設定為絕對零位(6)；所述信標節(jié)點(1)是由電源模塊、控制模塊、通信模塊、無線電磁波收發(fā)模塊和計時模塊構成，所述控制模塊通過通信模塊與上位機進行通信并控制無線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)，所述無線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)端點被設定為信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)，計時模塊的開啟或結束可由無線電磁波收發(fā)模塊接收到脈沖信號后觸發(fā)或受控制模塊的控制；信標節(jié)點電磁波收發(fā)點 (2)、絕對零位(6)和直角靶鏡(3)的直角靶鏡頂點(4)三者空間位置關系為已知；各測量基站被分別標記為C1、C2、…、Cn，其中η為測量基站個數(shù)，且η彡6 ；標定方法為首先對測量基站中信標節(jié)點(1)的信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)完成粗略自標定，再利用粗略自標定的標定結果引導激光絕對距離測量系統(tǒng)(5)完成對絕對零位 (6)和信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)的精確自標定；所述粗略自標定是第一輪測量，上位機以固定時間間隔依照C1、C2、…、Cn的次序向各測量基站發(fā)送控制命令，測量基站Cl接收到控制命令后開啟計時模塊，其余測量基站接收到控制命令后通過信標節(jié)點(1)向測量基站Cl發(fā)送脈沖信號，由計時模塊記錄下各脈沖信號的到達時間，各脈沖信號的到達時間包含了測量基站Cl與其余測量基站之間的粗略距離信息；第二輪測量，上位機以固定時間間隔依照C2、C3、…、Cn, Cl的次序向各測量基站發(fā)送控制命令，測量基站C2接收到控制命令后開啟計時模塊，其余測量基站接收到控制命令后通過信標節(jié)點(1)向測量基站C2發(fā)送脈沖信號，由計時模塊記錄下各脈沖信號的到達時間，各脈沖信號的到達時間包含了測量基站C2與其余測量基站之間的粗略距離信息； 以同樣的方式繼續(xù)測量直至第η輪測量結束，獲得所有測量基站之間的粗略距離信息；采用原點循環(huán)標定法解算出各測量基站中信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)的空間坐標；所述精確自標定是在由粗略自標定獲得無線傳感網(wǎng)絡信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)的空間坐標后，利用各測量基站中已知的信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)、絕對零位(6)和直角靶鏡頂點(4)三者空間位置關系，解算出各測量基站中激光絕對測距系統(tǒng)(5)瞄準其余測量基站中直角靶鏡(3)所需轉動的水平方向角度和垂直方向角度以及各測量基站中直角靶鏡(3)對準其余測量基站中激光絕對測距系統(tǒng)(5)所需轉動的水平方向角度和垂直方向角度；第一輪測量，上位機通過分別控制測量基站C2、C3、…、Cn中的二維旋轉臺使測量基站 C2、C3、…、Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)(5)同時瞄準測量基站Cl中的直角靶鏡(3)，上位機再通過控制測量基站Cl中的二維旋轉臺(7)使測量基站Cl中的直角靶鏡(3)逐個對準測量基站C2、C3、…、Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)(5)，由激光絕對測距系統(tǒng)(5)獲得測量基站 Cl與其余測量基站之間的精確距離信息；第二輪測量，上位機通過分別控制測量基站Cl、 C3、…、Cn中的二維旋轉臺使測量基站Cl、C3、…、Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)(5)同時瞄準測量基站C2中的直角靶鏡(3)，上位機再通過控制測量基站C2中的二維旋轉臺使測量基站C2中的直角靶鏡逐個對準測量基站Cl、C3、…、Cn中的激光絕對測距系統(tǒng)(5)，由激光絕對測距系統(tǒng)(5)獲得測量基站C2與其余測量基站之間的精確距離信息；以同樣的方法繼續(xù)測量直至第η輪測量結束，獲得所有測量基站之間的精確距離信息；采用原點循環(huán)標定法解算出各測量基站中絕對零位(6)的空間坐標，再利用各測量基站中信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)和絕對零位(6)已知的空間位置關系，解算出信標節(jié)點電磁波收發(fā)點(2)的空間坐標。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)自標定方法，其特征是所述原點循環(huán)標定法是n個測量基站C1、C2、…、Cn中，任意兩個測量基站之間的距離可由激光測距或無線測距方法獲得，第一次標定將測量基站Cl設定為空間坐標系的原點，并由此次測得任意兩個測量基站之間的距離，再按式(10)解算出各測量基站的坐標，且設定由它們構成坐標Ma1= ((χ; ), ( 4),..., (4 ,γ ,ζ ))；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線傳感網(wǎng)絡引導的超大幾何參量測量系統(tǒng)的自標定方法，其標定過程是首先對測量基站中信標節(jié)點的信標節(jié)點電磁波收發(fā)點完成粗略自標定，再利用粗略自標定的標定結果引導激光絕對距離測量系統(tǒng)完成對絕對零位和信標節(jié)點電磁波收發(fā)點的精確自標定。本發(fā)明在硬件上簡單，可在測量過程中進行標定，且各測量基站的標定結果具有同等精度。
文檔編號G01B11/00GK102288107SQ20111011482
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權日2011年5月5日
發(fā)明者余曉芬, 胡佳文, 胡進忠 申請人:合肥工業(yè)大學