[發明專利]一種高精度復合水平測角系統有效
| 申請號: | 202010878686.X | 申請日: | 2020-08-27 |
| 公開(公告)號: | CN111895968B | 公開(公告)日: | 2021-07-13 |
| 發明(設計)人: | 張劉;鄭瀟逸;周宇程;張柯;范國偉 | 申請(專利權)人: | 吉林大學 |
| 主分類號: | G01C1/00 | 分類號: | G01C1/00;G01S19/14 |
| 代理公司: | 西安合創非凡知識產權代理事務所(普通合伙) 61248 | 代理人: | 張燕 |
| 地址: | 130000 吉*** | 國省代碼: | 吉林;22 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 高精度 復合 水平 系統 | ||
1.一種高精度復合水平測角系統,其特征在于,包括:
鏡頭(1),所述鏡頭(1)設置在高精度轉臺(2)上;
高精度轉臺(2),所述高精度轉臺(2)設置在測角平臺(3)上,用于在測角平臺(3)上水平旋轉;以及用于帶動鏡頭(1)上下旋轉,調整鏡頭(1)的位置;以及,
測角平臺(3),用于支撐并連接高精度轉臺(2);
所述高精度轉臺(2)具有X、Y、Z三個方向的旋轉自由度,用于實現大角度測量;
所述高精度復合水平測角系統利用GPS獲取實時位置數據,通過計算得出當前太陽相對于鏡頭(1)的位置,高精度復合水平測角系統控制高精度轉臺(2)轉動,調整鏡頭(1)的位置,使太陽成像在鏡頭(1)后的CMOS上;
陽光通過鏡頭(1)上安裝的薄膜后能量被削弱,然后匯聚在CMOS上,形成一個光斑;
通過傳感器獲取CMOS上的信號,利用算法判斷光斑成像的位置,獲取太陽成像的位置之后,算出當前鏡頭(1)與太陽光線之間的角度,通過太陽光線的角度和當前高精度轉臺(2)記錄的轉動角度以及當前經緯度數據進行姿態矩陣的運算,從而確定車輛當前姿態,通過姿態控制算法計算得到車輛傾角;
所述通過姿態控制算法計算得到車輛傾角包括:
在測量過程中,通過高精度復合水平測角系統的控制單元調節鏡頭(1)對準太陽,使鏡筒與太陽光平行;利用CMOS記錄穩定后的光點與中心的偏差d,求出此時太陽的偏離角度γ;此時的鏡筒與車輛車身形成一個夾角θ,利用車身安裝的高精度轉臺(2)記錄下鏡筒與車身的夾角,通過高精度復合水平測角系統自帶的當前時間數據,確定當前年份Y,序日D和時刻H;
先求出在一天時間內地球自轉的角度h:
(26)
再求出此時地球的姿態矩陣R:
(27)
再通過GPS讀取實時經緯度數據經度L和緯度W,算出當前所處位置車輛無水平傾角時的標準姿態矩陣:
(28)
利用太陽照射對地球光照角度sa進行計算:
(29)
求出角度sa后算出鏡筒的矩陣:
鏡筒的光路為鏡筒坐標系的Z′軸,指向太陽的方向,Y′軸垂直于Z’軸,朝向北極一側建立右手坐標系;當鏡筒平放時,將車輛坐標系繞X軸旋轉歐拉角sa+γ就得到鏡筒的姿態矩陣:
(30)
由此求出鏡筒的坐標系為:
(31)
當鏡筒對準太陽后,記錄下的θ用于由鏡筒的姿態矩陣求解當前車輛的姿態矩陣:
(32)
求解車輛實際的姿態矩陣后,利用車體實際姿態等于車輛標準姿態發生旋轉后的姿態這個運動關系,求出車輛的傾角矩陣為:
(33)
由通過反三角函數解出車輛傾角。
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