專利名稱：室內(nèi)外試驗場坐標系的標定方法及月球車位置與姿態(tài)動態(tài)測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于月球車模擬試驗領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及一種基于iGPS和經(jīng)緯儀系統(tǒng)的室內(nèi)外試驗場的坐標系建立和標定方法，以及地面大范圍實時動態(tài)月球車位置和姿態(tài)測量方法，特別是基于模擬月球環(huán)境試驗場和野外試驗場的環(huán)境中月球車位置、姿態(tài)測
量方法。
背景技術(shù)：
標準全球定位系統(tǒng)類似，iGPS是基于三角定位法的測量技術(shù)，主要用于動態(tài)測量和大尺寸靜態(tài)測量。一般而言，iGPS測量系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、激光接收器、控制單元和測試軟件(Surveyor和Spatial Analyzer)四部分組成。iGPS通常測量包括坐標建立、坐標標定和數(shù)據(jù)處理幾個環(huán)節(jié)。針對月球車需要在模擬月面環(huán)境(模擬太陽光照、模擬月壤) 和外場沙漠環(huán)境(空曠的沙漠)中試驗的姿態(tài)和位置測量需求，通?；趇GPS的測量方法存在以下不足(I)該方法不能滿足在30mX30m的模擬月面環(huán)境下的月球車偏航角與地球地理北之間角度關(guān)系標定和測量。(2)該方法不能實現(xiàn)從月球車本體坐標系在iGPS中的建立問題，從而實現(xiàn)月球車姿態(tài)的實時跟蹤；(3)該方法不能實現(xiàn)iGPS坐標系與試驗場DEM坐標系的統(tǒng)一問題；(4)該方法不能實現(xiàn)在外場空曠沙漠環(huán)境中的月球車偏航角與地球地理北之間角度關(guān)系標定和測量。(5)該方法不能實現(xiàn)在外場空曠沙漠環(huán)境中的試驗場坐標系的大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳遞。因此，提供一種能夠簡單可行室內(nèi)外試驗場的坐標系建立和標定方法以能夠采用 iGPS對月球車的位置和姿態(tài)進行動態(tài)測量非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種完整的室內(nèi)外試驗場的坐標系標定方法以及地面大范圍實時動態(tài)月球車位置和姿態(tài)測量方法，該測量方法基于iGPS在地面大范圍內(nèi)對月球車位置、姿態(tài)進行實時動態(tài)測量方法，解決了試驗場環(huán)境中的坐標系建立、坐標系標定、 設(shè)備布局、坐標系傳遞等問題。一種室內(nèi)試驗場中標定坐標系的方法，該方法包括如下步驟(I)在試驗場場地附近安裝一個指北鏡，并通過陀螺經(jīng)緯儀進行立方鏡與地球地理北之間角度標定；(2)在試驗場場地附近安裝三根標定桿，標定桿的高度可調(diào)節(jié)，頂部設(shè)置凹槽，凹槽內(nèi)放置經(jīng)緯儀靶球，兩根標定桿的連線與場地坐標系的一個軸(如X軸)平行，另一根標定桿安裝于場地坐標系的另一個軸(如Y軸)附近即可；(3)在經(jīng)緯儀視角可以至少同時看到兩根標定桿的地方，設(shè)置一臺經(jīng)緯儀T3，調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀使之與三根標定桿基本同高，將經(jīng)緯儀調(diào)平，并將俯仰角調(diào)至水平，只轉(zhuǎn)動方位角，對準離經(jīng)緯儀T3較近的標定桿，調(diào)節(jié)該標定桿的高度，將標定桿的靶球中心與經(jīng)緯儀 (只調(diào)方位角)的準心重合，再用相同的方法將三個標定桿上的靶球中心調(diào)至同一水平面上，即建立過渡坐標系O’ X’ Y’水平面；(4)將經(jīng)緯儀T3移動至兩根標定桿之間的延長線上，調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀T3的高度與位置、使得經(jīng)緯儀T3的準星、兩根標定桿的靶球中心在一條線上，即建立過渡坐標系XH同時也建立了以標定桿靶球中心為原點O’的過渡坐標系O’ V Y’。(5)利用步驟I)中的指北鏡，通過經(jīng)緯儀可以測得X’軸與指北鏡的角度關(guān)系， 通過指北鏡的標定數(shù)據(jù)，即可換算出V軸與地球地理北的關(guān)系(即大地坐標系)，再根據(jù) O’ V Y’平面為水平面，換算出整個過渡坐標系O’ V Y’與大地坐標系的關(guān)系；(6)拆除標定桿上的經(jīng)緯儀靶球，換上與之相同直徑的激光雷達用工具球，用激光雷達測得三個標定桿上的靶球位置，在激光雷達中建立過渡坐標系O’ V Y’的數(shù)據(jù)，再通過激光雷達測得場地內(nèi)原點的實際位置，記下數(shù)據(jù)(Xo，Yo, Zo)，將過渡坐標系O’ V Y’平移至場地坐標系OXY ；(7)拆除激光雷達用工具球，用相同直徑的iGPS球形探針測量三個標定桿上的靶球位置，在iGPS系統(tǒng)中建立過渡坐標系O’ V Y’，再根據(jù)原點的實際位置(Xo，Yo，Zo)，將過渡坐標系O’ V Y’平移至場地坐標系0ΧΥ，完成激光雷達、iGPS與試驗場坐標系的統(tǒng)一建立以及試驗場坐標系與地球地理北之間角度關(guān)系的標定。其中，標定桿為上下高度可調(diào)整的、上方設(shè)置靶球的標定桿。其中，采用經(jīng)緯儀與平行于軸線的兩個標定桿靶球共線，并通過經(jīng)緯儀測得此軸與指北鏡的關(guān)系，繼而求得整個場地坐標系與地球地理北極的關(guān)系，完成坐標系的標定。其中，所述試驗場為模擬月面試驗場。一種室外試驗場坐標系的標定方法，包括以下步驟I)將方形的轉(zhuǎn)接板設(shè)置在坐標傳遞桿上，轉(zhuǎn)接板上分別設(shè)置標定桿I、標定桿2和標定桿3，標定桿頂端設(shè)置有靶球，標定桿在轉(zhuǎn)接板上可移動，利用自身螺紋進行轉(zhuǎn)接板上的高度調(diào)節(jié)；2)在坐標傳遞桿附近架設(shè)一臺經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀架設(shè)完畢后，根據(jù)天文年歷將當?shù)卮藭r北極星的方位角進行計算，在經(jīng)緯儀中將該方位角設(shè)置為經(jīng)緯儀方位角的初始值，實現(xiàn)北極星方位角的補償，然后瞄準北極星，使經(jīng)緯儀的準星指向天北極，再將經(jīng)緯儀的俯仰角調(diào)至水平，將帶靶球的標定桿I放置在北極星與經(jīng)緯儀之間連線指向在水平面的投影線上，通過旋轉(zhuǎn)標定桿I上的螺紋，調(diào)整標定桿I上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿I，然后將另一個轉(zhuǎn)接桿標定桿2 (帶靶球)同樣放置在北極星與經(jīng)緯儀之間連線指向在水平面的投影線上，同樣通過旋轉(zhuǎn)標定桿2上的螺紋，調(diào)整標定桿2上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿2。在標定桿
1、2的另一側(cè)放置標定桿3 (帶靶球)，同樣通過旋轉(zhuǎn)標定桿3上的螺紋，調(diào)整標定桿3上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿3 ；3)利用iGPS球形探針測量三個標定桿上的靶球位置，在iGPS系統(tǒng)中建立了基于大地坐標系的試驗場坐標系。進一步地，在進行北極星指北過程中，需要綜合當?shù)氐慕?jīng)緯度和星歷進行角度修正。進一步地，通過在每塊轉(zhuǎn)接板上設(shè)置三根標定桿，每根標定桿為上下高度可調(diào)整的、上方放置靶球，利用IGPS手持探針進行試驗場坐標系建立。其中，所述試驗場為外場沙漠試驗中的試驗場。進一步地，坐標傳遞桿在沙漠試驗場中每隔30m設(shè)置一個，坐標傳遞桿一端埋設(shè)到沙土中進行固定，另一端加工5/8英寸的螺紋與轉(zhuǎn)接板連接，并根據(jù)上述的標定方法進行試驗場坐標系與地球地理北之間角度關(guān)系標定。其中，每個坐標傳遞桿都是一個獨立的并相互平行的坐標系，在實際測量iGPS布站時，確?？梢愿采w2個或以上的坐標傳遞桿，用iGPS測量每個坐標傳遞桿上的標定桿位置，來確定各個平行坐標系的關(guān)系，從而實現(xiàn)坐標系在外場沙漠試驗中的傳遞。一種基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)測量方法主要包括以下步驟先按照上述室內(nèi)試驗場或室外試驗場的坐標系的標定方法進行試驗場的標定；在待進入試驗場的月球車上設(shè)置3-4個激光接收器，使得月球車上至少有3個接收器可以正常接收激光發(fā)射器的激光信號，從而保證了月球車的姿態(tài)能被實時監(jiān)控和測量;在月球車上粘貼3個以上的紙質(zhì)把標點，其中靶標不能在一條直線上，利用經(jīng)緯儀測量月球車坐標系和靶標點之間的關(guān)系；用iGPS球形探針測量把標點和激光接收器之間的位置關(guān)系，這樣通過坐標轉(zhuǎn)換就可以建立激光接收器與月球車本體坐標系之間關(guān)系。在iGPS系統(tǒng)中，利用激光接收器的位置數(shù)據(jù)建立坐標系，并通過坐標轉(zhuǎn)換成月球車本體坐標系，這樣便可以利用iGPS系統(tǒng)對進入試驗場的月球車進行實時動態(tài)的位置和姿態(tài)測量。其中，所述試驗場為室內(nèi)或室外的試驗場。進一步地，所述室內(nèi)試驗場為室內(nèi)模擬月面試驗場，所述室外試驗場為外場沙漠試驗中的試驗場。進一步地，iGPS系統(tǒng)在每次發(fā)射器布站時，同時測量至少兩根坐標傳遞桿的位置， 下次布站時，至少覆蓋其中的一根已知位置的坐標傳遞桿，通過這根已知位置的坐標傳遞桿去測量附近的其它坐標傳遞桿，通過坐標傳遞桿之間位置相互測量和逐一傳遞，實現(xiàn)整個試驗場的坐標系關(guān)系的建立和傳遞以及測量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(I)實現(xiàn)月球車本體坐標系在iGPS中的轉(zhuǎn)換和建立，實現(xiàn)了月球車的動態(tài)跟蹤；(2)實現(xiàn)了在模擬月面環(huán)境中月球車偏航角與地球地理北之間角度關(guān)系標定和測量，以及位姿測量iGPS系統(tǒng)坐標系與試驗場DEM的坐標系的統(tǒng)一；(3)實現(xiàn)外場沙漠地區(qū)試驗場中月球車偏航角與地球地理北之間角度關(guān)系標定和測量，以及坐標系大范圍傳遞。


圖I為本發(fā)明的室內(nèi)試驗場坐標系的標定方法示意圖。圖2為本發(fā)明的室外試驗場坐標系的標定方法中使用的坐標傳遞桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的室外試驗場坐標系的標定方法的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的室內(nèi)或室外試驗場坐標系的標定方法以及本發(fā)明的基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)測量方法作進一步的說明。如圖I所示，以室內(nèi)模擬月面試驗場為例進行說明，本發(fā)明的室內(nèi)或室外試驗場坐標系的標定方法，主要包括如下步驟(I)在試驗場場地附近安裝一個指北鏡，并通過陀螺經(jīng)緯儀進行立方鏡與地球地理北之間角度標定；(2)在試驗場場地附近安裝三根標定桿，標定桿的高度可調(diào)節(jié)，S與試驗場坐標系的建立、統(tǒng)一與標定。頂部設(shè)置凹槽，凹槽內(nèi)放置經(jīng)緯儀靶球，兩根標定桿的連線與場地坐標系的一個軸(如X軸)平行，另一根標定桿安裝于場地坐標系的另一個軸(如Y軸)附近即可；(3)在經(jīng)緯儀視角可以至少同時看到兩根標定桿的地方，設(shè)置一臺經(jīng)緯儀T3，調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀使之與三根標定桿基本同高，將經(jīng)緯儀調(diào)平，并將俯仰角調(diào)至水平，只轉(zhuǎn)動方位角，對準離經(jīng)緯儀T3較近的標定桿，調(diào)節(jié)該標定桿的高度，將標定桿的靶球中心與經(jīng)緯儀 (只調(diào)方位角)的準心重合，再用相同的方法將三個標定桿上的靶球中心調(diào)至同一水平面上，即建立過渡坐標系V Y’水平面；(4)將經(jīng)緯儀T3移動至兩根標定桿之間的延長線上，調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀T3的高度與位置、使得經(jīng)緯儀T3的準星、兩根標定桿的靶球中心在一條線上，即建立過渡坐標系XH同時也建立了以標定桿靶球中心為原點O’的過渡坐標系O’ X’Y’。其中，采用經(jīng)緯儀與平行于軸線的兩個標定桿靶球共線，并通過經(jīng)緯儀測得此軸與指北鏡的關(guān)系，繼而求得整個場地坐標系與地理北極的關(guān)系，完成坐標系的標定。(5)利用步驟I)中的指北鏡，通過經(jīng)緯儀可以測得X’軸與指北鏡的角度關(guān)系，通過指北鏡的標定數(shù)據(jù)，即可換算出X’軸與地球地理北的關(guān)系(即大地坐標系)，再根據(jù)X’Y’ 平面為水平面，換算出整個過渡坐標系O’ V Y’與大地坐標系的關(guān)系；(6)拆除標定桿上的經(jīng)緯儀靶球，換上與之相同直徑的激光雷達用工具球，用激光雷達測得三個標定桿上的靶球位置，在激光雷達中建立過渡坐標系O’ V Y’的數(shù)據(jù)，再通過激光雷達測得場地內(nèi)原點的實際位置，記下數(shù)據(jù)(Xo，Yo, Zo)，將過渡坐標系O’ V Y’平移至場地坐標系OXY ；(7)拆除激光雷達用工具球，用相同直徑的iGPS球形探針測量三個標定桿上的靶球位置，在iGPS系統(tǒng)中建立過渡坐標系O’ V Y’，再根據(jù)原點的實際位置(Xo，Yo，Zo)，將過渡坐標系O’ V Y’平移至場地坐標系0ΧΥ，完成激光雷達、iGPS與試驗場坐標系的統(tǒng)一建立以及試驗場坐標系與地球地理北之間角度關(guān)系的標定。圖2給出了本發(fā)明的室外試驗場坐標系的標定方法中使用的坐標傳遞桿的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的室外試驗場坐標系的標定方法中使用的坐標傳遞桿的結(jié)構(gòu)包括坐標傳遞桿、方形的轉(zhuǎn)接板、三根標定桿1、2、3，其中，方形的轉(zhuǎn)接板設(shè)置在坐標傳遞桿上，轉(zhuǎn)接板上分別設(shè)置標定桿I、標定桿2和標定桿3，三根標定桿頂端分別設(shè)置有靶球，且三根標定桿在轉(zhuǎn)接板上可移動，利用與轉(zhuǎn)接板進行螺紋連接的自身螺紋進行轉(zhuǎn)接板上的高度調(diào)節(jié)，待方位和高度調(diào)整合適后，用膠槍將標定桿粘貼在轉(zhuǎn)接板上。圖3示出了本發(fā)明的室外試驗場坐標系的標定方法的示意圖。以下以外場沙漠試驗場為例進行說明。本發(fā)明的室外試驗場坐標系的標定方法，包括以下步驟I)將方形的轉(zhuǎn)接板設(shè)置在坐標傳遞桿上，轉(zhuǎn)接板上分別設(shè)置標定桿I、標定桿2和標定桿3，標定桿頂端設(shè)置有靶球，標定桿在轉(zhuǎn)接板上可移動，利用自身螺紋進行轉(zhuǎn)接板上的高度調(diào)節(jié)；2)在坐標傳遞桿附近架設(shè)一臺經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀架設(shè)完畢后，根據(jù)天文年歷將當?shù)卮藭r北極星的方位角進行計算，在經(jīng)緯儀中將該方位角設(shè)置為經(jīng)緯儀方位角的初始值，實現(xiàn)北極星方位角的補償，然后瞄準北極星，使經(jīng)緯儀的準星指向天北極，再將經(jīng)緯儀的俯仰角調(diào)至水平，將帶靶球的標定桿I放置在北極星與經(jīng)緯儀之間連線指向在水平面的投影線上，通過旋轉(zhuǎn)標定桿I上的螺紋，調(diào)整標定桿I上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿1，然后將另一個轉(zhuǎn)接桿標定桿2(帶靶球)同樣放置在北極星與經(jīng)緯儀之間連線指向在水平面的投影線上，同樣通過旋轉(zhuǎn)標定桿2上的螺紋，調(diào)整標定桿2上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿2。在標定桿
1、2的另一側(cè)放置標定桿3 (帶靶球)，同樣通過旋轉(zhuǎn)標定桿3上的螺紋，調(diào)整標定桿3上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿3。3)利用iGPS球形探針測量三個標定桿上的靶球位置，在iGPS系統(tǒng)中建立了基于大地坐標系的試驗場坐標系。進一步地，在實際的測量過程中，坐標傳遞桿在沙漠試驗場中每隔30m設(shè)置一個， 坐標傳遞桿一端埋設(shè)到沙土中進行固定，另一端加工5/8英寸的螺紋與轉(zhuǎn)接板連接，并根據(jù)上述的標定方法進行指北標定。每個坐標傳遞桿都是一個獨立的并相互平行的坐標系， iGPS系統(tǒng)在每次發(fā)射器布站時，同時iGPS測量至少兩根坐標傳遞桿的位置，下次布站時， 至少覆蓋其中的一根已知位置的坐標傳遞桿，通過這根已知位置的坐標傳遞桿去測量附近的其它坐標傳遞桿，通過坐標傳遞桿之間位置相互測量和逐一傳遞，實現(xiàn)整個試驗場的坐標系關(guān)系的建立和傳遞以及測量在上述坐標系標定的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)的測量，該測量方法包括(I)先按照上述室內(nèi)試驗場或室外試驗場的試驗場坐標系的建立以及該坐標系與地球地理北之間角度關(guān)系標定；(2)在待進入試驗場的月球車上設(shè)置3-4個激光接收器，使得月球車上至少有3個接收器可以正常接收激光發(fā)射器的激光信號，從而保證了月球車的姿態(tài)能被實時監(jiān)控和測(3)在月球車上粘貼3個以上的紙質(zhì)把標點，其中靶標不能在一條直線上，利用經(jīng)緯儀測量月球車坐標系和靶標點之間的關(guān)系；(4)用iGPS球形探針測量把標點和激光接收器之間的位置關(guān)系，這樣通過坐標轉(zhuǎn)換就可以建立激光接收器與月球車本體坐標系之間關(guān)系。在iGPS系統(tǒng)中，利用激光接收器的位置數(shù)據(jù)建立坐標系，并通過坐標轉(zhuǎn)換成月球車本體坐標系，這樣便可以利用iGPS系統(tǒng)對進入試驗場的月球車進行實時動態(tài)的位置和姿態(tài)測量。上述測量方法無論試驗場為室內(nèi)試驗場如模擬月面試驗場還是室外的試驗場如外場沙漠試驗場都是可以使用的，并通過傳遞桿的不斷傳遞實現(xiàn)外場沙漠大面積試驗場中對坐標系的標定和測量。例如，iGPS系統(tǒng)在每次發(fā)射器布站時，同時測量至少兩根坐標傳遞桿的位置，下次布站時，至少覆蓋其中的一根已知位置的坐標傳遞桿，通過這根已知位置的坐標傳遞桿去測量附近的其它坐標傳遞桿，通過坐標傳遞桿之間位置相互測量和逐一傳遞，實現(xiàn)整個試驗場的坐標系關(guān)系的建立和傳遞以及測量。盡管上文對本發(fā)明的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應(yīng)該指明的是， 我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種室內(nèi)試驗場中標定坐標系的方法，該方法包括如下步驟(1)在試驗場場地附近安裝一個指北鏡，并通過陀螺經(jīng)緯儀進行立方鏡與地球地理北之間角度標定；(2)在試驗場場地附近安裝三根標定桿，標定桿的高度可調(diào)節(jié)，頂部設(shè)置凹槽，凹槽內(nèi)放置經(jīng)緯儀靶球，兩根標定桿的連線與場地坐標系的一個軸(如X軸)平行，另一根標定桿安裝于場地坐標系的另一個軸(如Y軸)附近即可；(3)在經(jīng)緯儀視角至少同時看到三根標定桿的地方，設(shè)置一臺經(jīng)緯儀T3，調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀使之與三根標定桿基本同高，將經(jīng)緯儀調(diào)平，并將俯仰角調(diào)至水平，只轉(zhuǎn)動方位角，對準離經(jīng)緯儀T3較近的標定桿，調(diào)節(jié)該標定桿的高度，將標定桿的靶球中心與經(jīng)緯儀的準心重合，再用相同的方法將三個標定桿上的靶球中心調(diào)至同一水平面上，即建立過渡坐標系 O’ V Y’水平面；(4)將經(jīng)緯儀T3移動至兩根標定桿之間的延長線上，調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀T3的高度與位置、使得經(jīng)緯儀T3的準星、兩根標定桿的靶球中心在一條線上，即建立過渡坐標系V軸，同時也建立了以標定桿靶球中心為原點O’的過渡坐標系O’ V Y’。(5)利用步驟I)中的指北鏡，通過經(jīng)緯儀可以測得X’軸與指北鏡的角度關(guān)系，通過指北鏡的標定數(shù)據(jù)，即可換算出V軸與地球地理北的關(guān)系(即大地坐標系)，再根據(jù)V Y’平面為水平面，換算出整個過渡坐標系O’ V Y’與大地坐標系的關(guān)系；(6)拆除標定桿上的經(jīng)緯儀靶球，換上與之相同直徑的激光雷達用工具球，用激光雷達測得三個標定桿上的靶球位置，在激光雷達中建立過渡坐標系O’ V Y’的數(shù)據(jù)，再通過激光雷達測得場地內(nèi)原點的實際位置，記下數(shù)據(jù)(Xo，Yo, Zo)，將過渡坐標系O’ V Y’平移至場地坐標系OXY ；(7)拆除激光雷達用工具球，用相同直徑的iGPS球形探針測量三個標定桿上的靶球位置，在iGPS系統(tǒng)中建立過渡坐標系O’X’Y’，再根據(jù)原點的實際位置(Xo，Yo，Zo)，將過渡坐標系O’ V Y’平移至場地坐標系0XY，完成激光雷達、iGPS與試驗場坐標系的統(tǒng)一建立以及試驗場坐標系與地球地理北之間角度關(guān)系的標定。
2.如權(quán)利要求I所述的室內(nèi)試驗場中標定坐標系的方法，其中，標定桿為上下高度可調(diào)整的、上方設(shè)置靶球的標定桿。
3.如權(quán)利要求I所述的室內(nèi)試驗場中標定坐標系的方法，其中，采用經(jīng)緯儀與平行于軸線的兩個標定桿靶球共線，并通過經(jīng)緯儀測得此軸與指北鏡的關(guān)系，繼而求得整個場地坐標系與地理北極的關(guān)系，完成坐標系的標定。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的室內(nèi)試驗場中標定坐標系的方法，其中，所述試驗場為模擬月面試驗場。
5.一種室外試驗場坐標系的標定方法，包括以下步驟1)將方形的轉(zhuǎn)接板設(shè)置在坐標傳遞桿上，轉(zhuǎn)接板上分別設(shè)置標定桿I、標定桿2和標定桿3，標定桿頂端設(shè)置有靶球，標定桿在轉(zhuǎn)接板上可移動，利用自身螺紋進行轉(zhuǎn)接板上的高度調(diào)節(jié)；2)在坐標傳遞桿附近架設(shè)一臺經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀架設(shè)完畢后，根據(jù)天文年歷將當?shù)卮藭r北極星的方位角進行計算，在經(jīng)緯儀中將該方位角設(shè)置為經(jīng)緯儀方位角的初始值，實現(xiàn)北極星方位角的補償，然后瞄準北極星，使經(jīng)緯儀的準星指向天北極，再將經(jīng)緯儀的俯仰角調(diào)至水平，將帶靶球的標定桿I放置在北極星與經(jīng)緯儀之間連線指向在水平面的投影線上， 通過旋轉(zhuǎn)標定桿I上的螺紋，調(diào)整標定桿I上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿I，然后將另一個轉(zhuǎn)接桿標定桿2 (帶靶球)同樣放置在北極星與經(jīng)緯儀之間連線指向在水平面的投影線上，同樣通過旋轉(zhuǎn)標定桿2上的螺紋，調(diào)整標定桿2 上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿2。在標定桿1、2 的另一側(cè)放置標定桿3 (帶靶球)，同樣通過旋轉(zhuǎn)標定桿3上的螺紋，調(diào)整標定桿3上靶球的高度，使靶球靶心與經(jīng)緯儀準星重合后，用膠槍固定標定連接桿3 ；3)利用iGPS球形探針測量三個標定桿上的靶球位置，在iGPS系統(tǒng)中建立了基于大地坐標系的試驗場坐標系。
6.如權(quán)利要求5所述的室外試驗場坐標系的標定方法，其中，在進行北極星指北過程中，綜合當?shù)氐慕?jīng)緯度和星歷進行角度修正。
7.如權(quán)利要求5所述的室外試驗場坐標系的標定方法，其中，通過在每塊轉(zhuǎn)接板上設(shè)置三根標定桿，每根標定桿為上下高度可調(diào)整的、上方放置靶球，利用iGPS手持探針進行試驗場坐標系建立。
8.如權(quán)利要求5-7任一項所述的室外試驗場坐標系的標定方法，其中，所述試驗場為外場沙漠試驗中的試驗場。
9.如權(quán)利要求5所述的室外試驗場坐標系的標定方法，其中，所述坐標傳遞桿在沙漠試驗場中每隔30m設(shè)置一個，坐標傳遞桿一端埋設(shè)到沙土中進行固定，另一端加工5/8英寸的螺紋與轉(zhuǎn)接板連接，并根據(jù)上述的標定方法進行試驗場坐標系與地球地理北之間角度關(guān)系標定。
10.如權(quán)利要求5所述的室外試驗場坐標系的標定方法，其中，每個坐標傳遞桿都是一個獨立的并相互平行的坐標系，在實際測量iGPS布站時，確?？梢愿采w2個或以上的坐標傳遞桿，用iGPS測量每個坐標傳遞桿上的標定桿位置，來確定各個平行坐標系的關(guān)系，通過坐標轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)坐標系在外場沙漠試驗中的傳遞。
11.一種基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)測量方法，主要包括以下步驟先按照上述室內(nèi)試驗場或室外試驗場的試驗場坐標系的建立以及該坐標系與地球地理北之間角度關(guān)系標定；在待進入試驗場的月球車上設(shè)置3-4個激光接收器，使得月球車上至少有3個接收器可以正常接收激光發(fā)射器的激光信號，從而保證了月球車的姿態(tài)能被實時監(jiān)控和測量；在月球車上粘貼3個以上的紙質(zhì)把標點，其中靶標不能在一條直線上，利用經(jīng)緯儀測量月球車坐標系和靶標點之間的關(guān)系；用iGPS球形探針測量把標點和激光接收器之間的位置關(guān)系，這樣通過坐標轉(zhuǎn)換就可以建立激光接收器與月球車本體坐標系之間關(guān)系。在iGPS系統(tǒng)中，利用激光接收器的位置數(shù)據(jù)建立坐標系，并通過坐標轉(zhuǎn)換成月球車本體坐標系，這樣便可以利用iGPS系統(tǒng)對進入試驗場的月球車進行實時動態(tài)的位置和姿態(tài)測量。
12.如權(quán)利要求11所述的基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)測量方法，其中，所述試驗場為室內(nèi)或室外的試驗場。
13.如權(quán)利要求11所述的基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)測量方法，其中，所述室內(nèi)試驗場為室內(nèi)模擬月面試驗場，所述室外試驗場為外場沙漠試驗中的試驗場。
14.如權(quán)利要求11所述的基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)測量方法，其中，iGPS系統(tǒng)在每次發(fā)射器布站時，同時測量至少兩根坐標傳遞桿的位置，下次布站時，至少覆蓋其中的一根已知位置的坐標傳遞桿，通過這根已知位置的坐標傳遞桿去測量附近的其它坐標傳遞桿，通過坐標傳遞桿之間位置相互測量和逐一傳遞，實現(xiàn)整個試驗場的坐標系關(guān)系的建立和傳遞以及測量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室內(nèi)或室外試驗場中標定坐標系的方法，同時也公開了一種基于iGPS的地面大范圍實時動態(tài)月球車位置、姿態(tài)測量方法。本發(fā)明的測量方法實現(xiàn)了模擬月面光照工況下的iGPS的正常測量，并實現(xiàn)了外場沙漠地區(qū)的試驗場坐標系快速建立、坐標系大范圍傳遞，同時也實現(xiàn)了模擬月面試驗場坐標系與地球地理坐標系之間的快速、簡單標定以及位姿測量iGPS系統(tǒng)與試驗場DEM的坐標統(tǒng)一。
文檔編號G01C1/02GK102590841SQ201110428650
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者馮偉, 唐賴穎, 孫剛, 張延磊, 易旺民, 楊再華, 樊友高, 陳啟威 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所