專利名稱：基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)自標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超大幾何參量的測(cè)量系統(tǒng)，具體地說(shuō)一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)的自標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品的尺寸已經(jīng)達(dá)到幾十甚至數(shù)百米。這意味測(cè)量范圍也隨之?dāng)U大，對(duì)于超大幾何參量的測(cè)量也提出了現(xiàn)實(shí)要求。超大幾何參量的測(cè)量可以通過(guò)測(cè)量一些目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，即對(duì)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行定位間接實(shí)現(xiàn)。近些年，超大尺寸幾何參量測(cè)量技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，比如大型飛機(jī)和輪船制造等?；跓o(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)是一種應(yīng)用于超大幾何參量測(cè)量的新方法。它主要是由測(cè)量基站、標(biāo)記站和上位機(jī)構(gòu)成；其測(cè)量過(guò)程是先對(duì)測(cè)量基站進(jìn)行標(biāo)定，再利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的引導(dǎo)作用使激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)瞄準(zhǔn)標(biāo)記站中的直角靶鏡，最后由激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)完成最終測(cè)量。其中對(duì)測(cè)量基站標(biāo)定精度的高低決定了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的引導(dǎo)作用是否可以實(shí)現(xiàn)。測(cè)量基站主要由無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和安裝在二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)的激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)組成，其中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)主要是由電源模塊、FPGA控制模塊、通信模塊和無(wú)線電磁波收發(fā)模塊構(gòu)成。所謂對(duì)測(cè)量基站的標(biāo)定即是通過(guò)特定標(biāo)定方法確定測(cè)量基站中激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)的絕對(duì)零位的空間坐標(biāo)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)中無(wú)線電磁波收發(fā)模塊的電磁波收發(fā)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。由于基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)是一種新方法，因此其標(biāo)定方法也有待研究。在參考其他超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定方法基礎(chǔ)上，針對(duì)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)，已提出以下兩種標(biāo)定方法第一種是由坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備如激光跟蹤干涉儀確定若干個(gè)不同位置的標(biāo)記站中直角靶鏡的頂點(diǎn)的空間坐標(biāo)，再由激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得各激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)的絕對(duì)零位和不同位置的標(biāo)記站中直角靶鏡的頂點(diǎn)之間的距離信息，最后計(jì)算出激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)的絕對(duì)零位和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的電磁波收發(fā)點(diǎn)的空間坐標(biāo)，第二種是增加測(cè)量基站個(gè)數(shù)使得測(cè)量系統(tǒng)形成冗余，如測(cè)量基站個(gè)數(shù)為5個(gè)，則一個(gè)標(biāo)記站按兩點(diǎn)間距離公式與5個(gè)測(cè)量基站可以建立5個(gè)方程的同時(shí)，只引入了 3個(gè)未知數(shù)，可見(jiàn)存在2個(gè)冗余方程，因此只需增加標(biāo)記站的個(gè)數(shù)，就可以先對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的電磁波收發(fā)點(diǎn)進(jìn)行自標(biāo)定，再利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的引導(dǎo)作用完成對(duì)激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)的絕對(duì)零位的自標(biāo)定。第一種標(biāo)定方法精度較高，但需人工參與，因此標(biāo)定效率低，且只能在測(cè)量過(guò)程之前進(jìn)行；第二種標(biāo)定方法可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化標(biāo)定，但同樣只能在測(cè)量過(guò)程之前進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種在硬件上簡(jiǎn)單、且在測(cè)量過(guò)程中亦可進(jìn)行標(biāo)定的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)自標(biāo)定方法。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)自標(biāo)定方法的特點(diǎn)是設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)中的測(cè)量基站是由無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)、安裝在二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)和安裝在二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的直角靶鏡組成，所述激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)中激光器的激光發(fā)射點(diǎn)被設(shè)定為絕對(duì)零位；所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)是由電源模塊、控制模塊、通信模塊、無(wú)線電磁波收發(fā)模塊和計(jì)時(shí)模塊構(gòu)成，所述控制模塊通過(guò)通信模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信并控制無(wú)線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)，所述無(wú)線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)端點(diǎn)被設(shè)定為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)，計(jì)時(shí)模塊的開(kāi)啟或結(jié)束可由無(wú)線電磁波收發(fā)模塊接收到脈沖信號(hào)后觸發(fā)或受控制模塊的控制；信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)、絕對(duì)零位和直角靶鏡的直角靶鏡頂點(diǎn)三者空間位置關(guān)系為已知；各測(cè)量基站被分別標(biāo)記為Cl、C2、…、Cn，其中η為測(cè)量基站個(gè)數(shù)，且η彡6 ；標(biāo)定方法為首先對(duì)測(cè)量基站中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)完成粗略自標(biāo)定，再利用粗略自標(biāo)定的標(biāo)定結(jié)果引導(dǎo)激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)完成對(duì)絕對(duì)零位和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)的精確自標(biāo)定；所述粗略自標(biāo)定是第一輪測(cè)量，上位機(jī)以固定時(shí)間間隔依照C1、C2、…、Cn的次序向各測(cè)量基站發(fā)送控制命令，測(cè)量基站Cl接收到控制命令后開(kāi)啟計(jì)時(shí)模塊，其余測(cè)量基站接收到控制命令后通過(guò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向測(cè)量基站Cl發(fā)送脈沖信號(hào)，由計(jì)時(shí)模塊記錄下各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間包含了測(cè)量基站Cl與其余測(cè)量基站之間的粗略距離信息；第二輪測(cè)量，上位機(jī)以固定時(shí)間間隔依照C2、C3、…、Cn, Cl的次序向各測(cè)量基站發(fā)送控制命令，測(cè)量基站C2接收到控制命令后開(kāi)啟計(jì)時(shí)模塊，其余測(cè)量基站接收到控制命令后通過(guò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向測(cè)量基站C2發(fā)送脈沖信號(hào)，由計(jì)時(shí)模塊記錄下各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間包含了測(cè)量基站C2與其余測(cè)量基站之間的粗略距離信息； 以同樣的方式繼續(xù)測(cè)量直至第η輪測(cè)量結(jié)束，獲得所有測(cè)量基站之間的粗略距離信息；采用原點(diǎn)循環(huán)標(biāo)定法解算出各測(cè)量基站中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)的空間坐標(biāo)；所述精確自標(biāo)定是在由粗略自標(biāo)定獲得無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn) (2)的空間坐標(biāo)后，利用各測(cè)量基站中已知的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)、絕對(duì)零位和直角靶鏡頂點(diǎn)三者空間位置關(guān)系，解算出各測(cè)量基站中激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)瞄準(zhǔn)其余測(cè)量基站中直角靶鏡所需轉(zhuǎn)動(dòng)的水平方向角度和垂直方向角度以及各測(cè)量基站中直角靶鏡對(duì)準(zhǔn)其余測(cè)量基站中激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)動(dòng)的水平方向角度和垂直方向角度；第一輪測(cè)量，上位機(jī)通過(guò)分別控制測(cè)量基站C2、C3、…、Cn中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)使測(cè)量基站C2、C3、…、Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)同時(shí)瞄準(zhǔn)測(cè)量基站Cl中的直角靶鏡，上位機(jī)再通過(guò)控制測(cè)量基站Cl中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)使測(cè)量基站Cl中的直角靶鏡逐個(gè)對(duì)準(zhǔn)測(cè)量基站C2、C3、…、Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)，由激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)獲得測(cè)量基站Cl與其余測(cè)量基站之間的精確距離信息；第二輪測(cè)量，上位機(jī)通過(guò)分別控制測(cè)量基站Cl、C3、…、Cn中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)使測(cè)量基站Cl、 C3、…、Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)同時(shí)瞄準(zhǔn)測(cè)量基站C2中的直角靶鏡，上位機(jī)再通過(guò)控制測(cè)量基站C2中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)使測(cè)量基站C2中的直角靶鏡逐個(gè)對(duì)準(zhǔn)測(cè)量基站Cl、C3、…、 Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)，由激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)獲得測(cè)量基站C2與其余測(cè)量基站之間的精確距離信息；以同樣的方法繼續(xù)測(cè)量直至第η輪測(cè)量結(jié)束，獲得所有測(cè)量基站之間的精確距離信息；采用原點(diǎn)循環(huán)標(biāo)定法解算出各測(cè)量基站中絕對(duì)零位的空間坐標(biāo)，再利用各測(cè)量基站中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)和絕對(duì)零位已知的空間位置關(guān)系，解算出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。本發(fā)明基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)自標(biāo)定方法的特點(diǎn)也在于所述原點(diǎn)循環(huán)標(biāo)定法是n個(gè)測(cè)量基站Cl、C2、…、Cn中，任意兩個(gè)測(cè)量基站之間的距離可由激光測(cè)距或無(wú)線測(cè)距方法獲得，第一次標(biāo)定將測(cè)量基站Cl設(shè)定為空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)，并由此次測(cè)得任意兩個(gè)測(cè)量基站之間的距離，再按式(10)解算出各測(cè)量基站的坐標(biāo)，且設(shè)定由它們構(gòu)成坐標(biāo)向量1=((χ11,Y11,Z11),(X12,Y12,Z12),...,(X1N,Y1N,Z1N))；
權(quán)利要求
1. 一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)自標(biāo)定方法，其特征是 設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)中的測(cè)量基站是由無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(1)、安裝在二維旋轉(zhuǎn)臺(tái) (7)上的激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)(5)和安裝在二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)上的直角靶鏡(3)組成，所述激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)(5)中激光器的激光發(fā)射點(diǎn)被設(shè)定為絕對(duì)零位(6)；所述信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(1)是由電源模塊、控制模塊、通信模塊、無(wú)線電磁波收發(fā)模塊和計(jì)時(shí)模塊構(gòu)成，所述控制模塊通過(guò)通信模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信并控制無(wú)線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)，所述無(wú)線電磁波收發(fā)模塊的收發(fā)端點(diǎn)被設(shè)定為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)，計(jì)時(shí)模塊的開(kāi)啟或結(jié)束可由無(wú)線電磁波收發(fā)模塊接收到脈沖信號(hào)后觸發(fā)或受控制模塊的控制；信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn) (2)、絕對(duì)零位(6)和直角靶鏡(3)的直角靶鏡頂點(diǎn)(4)三者空間位置關(guān)系為已知；各測(cè)量基站被分別標(biāo)記為C1、C2、…、Cn，其中η為測(cè)量基站個(gè)數(shù)，且η彡6 ；標(biāo)定方法為首先對(duì)測(cè)量基站中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(1)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)完成粗略自標(biāo)定，再利用粗略自標(biāo)定的標(biāo)定結(jié)果引導(dǎo)激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)(5)完成對(duì)絕對(duì)零位 (6)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)的精確自標(biāo)定；所述粗略自標(biāo)定是第一輪測(cè)量，上位機(jī)以固定時(shí)間間隔依照C1、C2、…、Cn的次序向各測(cè)量基站發(fā)送控制命令，測(cè)量基站Cl接收到控制命令后開(kāi)啟計(jì)時(shí)模塊，其余測(cè)量基站接收到控制命令后通過(guò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(1)向測(cè)量基站Cl發(fā)送脈沖信號(hào)，由計(jì)時(shí)模塊記錄下各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間包含了測(cè)量基站Cl與其余測(cè)量基站之間的粗略距離信息；第二輪測(cè)量，上位機(jī)以固定時(shí)間間隔依照C2、C3、…、Cn, Cl的次序向各測(cè)量基站發(fā)送控制命令，測(cè)量基站C2接收到控制命令后開(kāi)啟計(jì)時(shí)模塊，其余測(cè)量基站接收到控制命令后通過(guò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(1)向測(cè)量基站C2發(fā)送脈沖信號(hào)，由計(jì)時(shí)模塊記錄下各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，各脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間包含了測(cè)量基站C2與其余測(cè)量基站之間的粗略距離信息； 以同樣的方式繼續(xù)測(cè)量直至第η輪測(cè)量結(jié)束，獲得所有測(cè)量基站之間的粗略距離信息；采用原點(diǎn)循環(huán)標(biāo)定法解算出各測(cè)量基站中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)的空間坐標(biāo)；所述精確自標(biāo)定是在由粗略自標(biāo)定獲得無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)的空間坐標(biāo)后，利用各測(cè)量基站中已知的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)、絕對(duì)零位(6)和直角靶鏡頂點(diǎn)(4)三者空間位置關(guān)系，解算出各測(cè)量基站中激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)瞄準(zhǔn)其余測(cè)量基站中直角靶鏡(3)所需轉(zhuǎn)動(dòng)的水平方向角度和垂直方向角度以及各測(cè)量基站中直角靶鏡(3)對(duì)準(zhǔn)其余測(cè)量基站中激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)所需轉(zhuǎn)動(dòng)的水平方向角度和垂直方向角度；第一輪測(cè)量，上位機(jī)通過(guò)分別控制測(cè)量基站C2、C3、…、Cn中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)使測(cè)量基站 C2、C3、…、Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)同時(shí)瞄準(zhǔn)測(cè)量基站Cl中的直角靶鏡(3)，上位機(jī)再通過(guò)控制測(cè)量基站Cl中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)(7)使測(cè)量基站Cl中的直角靶鏡(3)逐個(gè)對(duì)準(zhǔn)測(cè)量基站C2、C3、…、Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)，由激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)獲得測(cè)量基站 Cl與其余測(cè)量基站之間的精確距離信息；第二輪測(cè)量，上位機(jī)通過(guò)分別控制測(cè)量基站Cl、 C3、…、Cn中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)使測(cè)量基站Cl、C3、…、Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)同時(shí)瞄準(zhǔn)測(cè)量基站C2中的直角靶鏡(3)，上位機(jī)再通過(guò)控制測(cè)量基站C2中的二維旋轉(zhuǎn)臺(tái)使測(cè)量基站C2中的直角靶鏡逐個(gè)對(duì)準(zhǔn)測(cè)量基站Cl、C3、…、Cn中的激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)，由激光絕對(duì)測(cè)距系統(tǒng)(5)獲得測(cè)量基站C2與其余測(cè)量基站之間的精確距離信息；以同樣的方法繼續(xù)測(cè)量直至第η輪測(cè)量結(jié)束，獲得所有測(cè)量基站之間的精確距離信息；采用原點(diǎn)循環(huán)標(biāo)定法解算出各測(cè)量基站中絕對(duì)零位(6)的空間坐標(biāo)，再利用各測(cè)量基站中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)和絕對(duì)零位(6)已知的空間位置關(guān)系，解算出信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)(2)的空間坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)自標(biāo)定方法，其特征是所述原點(diǎn)循環(huán)標(biāo)定法是n個(gè)測(cè)量基站C1、C2、…、Cn中，任意兩個(gè)測(cè)量基站之間的距離可由激光測(cè)距或無(wú)線測(cè)距方法獲得，第一次標(biāo)定將測(cè)量基站Cl設(shè)定為空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)，并由此次測(cè)得任意兩個(gè)測(cè)量基站之間的距離，再按式(10)解算出各測(cè)量基站的坐標(biāo)，且設(shè)定由它們構(gòu)成坐標(biāo)Ma1= ((χ; ), ( 4),..., (4 ,γ ,ζ ))；
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的超大幾何參量測(cè)量系統(tǒng)的自標(biāo)定方法，其標(biāo)定過(guò)程是首先對(duì)測(cè)量基站中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)完成粗略自標(biāo)定，再利用粗略自標(biāo)定的標(biāo)定結(jié)果引導(dǎo)激光絕對(duì)距離測(cè)量系統(tǒng)完成對(duì)絕對(duì)零位和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)電磁波收發(fā)點(diǎn)的精確自標(biāo)定。本發(fā)明在硬件上簡(jiǎn)單，可在測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行標(biāo)定，且各測(cè)量基站的標(biāo)定結(jié)果具有同等精度。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102288107SQ20111011482
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者余曉芬, 胡佳文, 胡進(jìn)忠 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)