CN105222718B - 室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法，所述方法包括以下步骤：根据现场测量尺寸确定测量定位空间，选取位置放置若干发射站，使用基准尺对发射站进行外部参数标定，建立测量场；在信号处理器通讯数据包中为每个发射站的角度信息附加本地时钟信息；在时间轴上设置固定的时间节点，将不同发射站的数据同步到相应的时间节点上，从而完成数据同步。本发明将wMPS传统的静态测量功能提升至有一定动态测量功能，拓展wMPS的应用范围，为实现基于wMPS的工业现场实时高精度大尺寸坐标测量提供技术支持。

Description

室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法

技术领域

本发明涉及工业现场大尺寸三维坐标动态测量领域，尤其涉及一种利用室内空间测量定位***进行的大型设备实时动态跟踪测量过程中的数据同步方法。

背景技术

室内空间测量定位***(wMPS：workshop Measurement Positioning System)是一种新型多站位网络式室内空间测量定位***，可实现大尺度空间整体坐标系下的高精度自动并行多任务测量，并在航天、航空、造船等大型制造领域中有广大需求。现有技术中的室内空间测量定位***(即《扫描平面激光空间定位***测量网络的构建》所描述的测量定位***)如图1和图2所示，主要由发射站、接收器、信号处理器和解算工作站组成。发射站发射两束绕着转轴匀速旋转并带有一定倾斜的激光平面，同时每当发射站旋转到固定位置处发射站发射同步光脉冲作为同步标记，在被测空间内实现扫描，为测量空间内的接收器提供定位服务信号；接收器接收发射站光信号并转换为电信号发送给信号处理器，信号处理器以内部晶振为时钟计时时间基准对发射站发出的光信号进行计时测量，并从中得到每个信号处理器自身在每个发射站坐标系下的角度信息；角度信息在上传给解算工作站后，通过多个发射站之间的角度交汇关系可计算出接收器的三维坐标。

在上述工作模式中，发射站单向发送扫描信号，信号处理器以本地晶振为计时基础完成计时测角，发送与接收之间采用广播模式不存在闭环，可实现全自动多点并行的高精度三维坐标测量，同时可通过增加发射站数目达到扩展量程的目的。目前，wMPS***在航空航天制造现场等需要多工序并行和整体精度控制的加工装配过程中已经获得大量成功应用。

wMPS***中包含多个发射站，不同发射站的标识与识别基于不同转速参数，由此导致接收器接收到的不同发射站信息非同步。在wMPS***在静态或者准静态的应用中，多发射站间的数据不同步并不会对测量结果和精度造成影响。但是动态测量时，由于接收器的运动，多发射站间的数据不同步就会造成不同发射站间角度测量的计时基准不同，从而引入了测量误差。以双站组成的测量***为例，示意图如图3所示。在t₀₁时刻，接收器接收到了发射站1的信号，从而算出在当前时刻在发射站1坐标系下的角度信息；而到了t₀₂时刻，接收器接收到了发射站2的信号，得到当前时刻在发射站2坐标系下的角度信息。由于接收器的运动，不同时刻下的位置根据运动条件有所差异，现有的计算模型下必然会引入误差，即物体运动过程中多发射站光信号在不同位置先后到达单个接收器表面会引起交会误差。

发明内容

本发明提供了一种室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法，本发明充分利用信号处理器内部已有的时钟信息，将同一处理器的多个发射站信息同步对准到同一时刻，提高现场动态坐标测量精度，详见下文描述：

一种室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法，所述方法包括以下步骤：

根据现场测量尺寸确定测量定位空间，选取位置放置若干发射站，使用基准尺对发射站进行外部参数标定，建立测量场；

在信号处理器通讯数据包中为每个发射站的角度信息附加本地时钟信息；

在时间轴上设置固定的时间节点，将不同发射站的数据同步到相应的时间节点上，从而完成数据同步。

所述在信号处理器通讯数据包中为每个发射站的角度信息附加本地时钟信息的步骤具体为：

1)接收器接收到发射站发射的同步光脉冲及扫描光脉冲信号，并将同步光脉冲及扫描光脉冲信号转换为电脉冲送至信号处理器；

2)信号处理器以内部晶振为计时基准对不同发射站的电脉冲按照发射站旋转周期进行匹配计时；

3)信号处理器将同一接收器接收到的不同发射站角度信息及相应时间戳打包形成数据帧，并上传到计算工作站。

所述在时间轴上设置固定的时间节点，将不同发射站的数据同步到相应的时间节点上，从而完成数据同步的步骤具体为：

1)在接收器中选择计算最晚时刻的时间戳t_0n，并将最晚时刻的相邻前一时刻的时间戳t_0n-1取出，最晚时刻的时间戳对应的节点时间为t_pn；

2)将发射站在时间戳t_0n时刻的数据同步到节点时间t_pn上；

3)将所有发射站的数据同步到相应时间节点上；利用角度交会原理即可得到该时刻的坐标值，从而完成了多发射站的数据同步。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明以现有wMPS***信号处理器时钟为时标，将同一接收器的多发射站数据同步到同一时刻，可有效降低同一接收器由于多发射站间数据测量时刻不同步而造成的测量误差，本发明将wMPS传统的静态测量功能提升至有一定动态测量功能，拓展wMPS的应用范围，为实现基于wMPS的工业现场实时高精度大尺寸坐标测量提供技术支持。

附图说明

图1为wMPS***组成示意图；

图2为wMPS***工作原理的示意图；

图3为多发射站数据不同步引入的坐标测量误差的示意图；

图4为双站***时间序列示意图；

图5为室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

通过对背景技术的分析可知，上述误差由***测量原理决定，理想状态下可保证在可测得的最慢转速发射站周期之内(例如，多个发射站间如果转速最慢为1800rpm则同步时间误差可保证在33.33ms之内)，可以通过对不同发射站进行数据同步进行补偿。考虑到信号处理器内部采用单晶振对接收器接收到的光脉冲进行计时标记，因此本发明的重点关注如何通过计时结果对多发射站数据进行同步和补偿，从而最大限度提高动态坐标测量测量精度。

为了达到上述目的，参见图5，本发明实施例利用工作空间测量定位***进行动态坐标测量时的多发射站数据同步技术方案如下：

101：根据现场测量尺寸确定测量定位空间，并选取合适位置(地基稳定，空间无遮挡)放置若干发射站，使用基准尺对发射站进行外部参数标定，建立测量场；

102：在信号处理器通讯数据包中为每个发射站的角度信息附加本地时钟信息(即为测量数据加盖时间戳)；

该步骤具体包括：

1)接收器接收到发射站发射的同步光脉冲及扫描光脉冲信号，并将这两种信号转换为电脉冲送至信号处理器；

2)信号处理器以内部晶振为计时基准对不同发射站的电脉冲按照发射站旋转周期进行匹配计时；

例如：t₀时刻接收器接收到发射站同步光脉冲信号，并在接下来的t₁时刻和t₂时刻连续接收到发射站的两束扫描光脉冲信号，则在该旋转周期T内发射站扫过接收器时的旋转角度分别为：

由于同步光脉冲信号时刻t₀标志了发射站本次周期信号传输的时间起点，因此将信号处理器记录的同步光脉冲信号时刻t₀作为发射站旋转角度θ₁，θ₂的时间戳。

3)信号处理器将同一接收器接收到的不同发射站角度信息及相应时间戳打包形成数据帧，并上传到计算工作站。

103：在时间轴上设置固定的时间节点，将不同发射站的数据同步到相应的时间节点上，从而完成数据同步。

实际应用时，由于同一接收器收到的多个发射站之间的数据不同步，若直接进行解算会引入同步误差。不同发射站的角度信息具有时间戳，可根据时间戳将数据同步到一个时间轴上。基于以上观点，在时间轴上设置固定的时间节点，将不同发射站的数据同步到相应的时间节点上，从而完成数据同步。

以双发射站***为例，时间序列示意图如图4所示。图中，t_p1,t_p2,t_p3......t_pn表示设置的时间节点，t_j1,t_j2,t_j3......t_jn表示对应的发射站信号接收到的时间，j表示发射站编号。不同发射站之间的数据同步需要基于以下前提：

1)在接收器的运动过程中，由于本身的运动条件限制，在极短时间内(约几十毫秒)的运动可以近似认为是向某一方向以速度v匀速前进的。

2)在测量场中信号处理器的数据输出在时间上连续，根据两次相邻测量的发射站数据即可推算出短时间内任意时刻的发射站数据。

时间序列设置完成后，将各个发射站的数据同步到时间序列的相应节点上。以其中一个发射站为例，数据同步方法的具体过程为：

1)在接收器中选择计算最晚时刻的时间戳t_0n，并将最晚时刻的相邻前一时刻的时间戳t_0n-1取出，最晚时刻的时间戳对应的节点时间为t_pn；

2)将发射站在时间戳t_0n时刻的数据同步到节点时间t_pn上，采用以下公式进行计算：

式中，i表示扫描光标号；t′_in表示在时间节点t_pn时刻下扫描光i的扫描角度值，t_in表示在时间戳t_0n时刻下扫描光i的扫描角度值，t_in-1表示在时间戳t_in-1时刻下扫描光i的扫描角度值。

3)按照2)中的方法，将所有发射站的数据同步到相应时间节点上。

因此得到了相应时间节点上的多个发射站的数据，利用角度交会原理即可得到该时刻的坐标值，从而完成了多发射站的数据同步。

综上所述，本发明实施例充分利用信号处理器内部已有的时钟信息，将同一处理器的多个发射站信息同步对准到同一时刻，提高了现场动态坐标测量精度。本发明实施例将wMPS传统的静态测量功能提升至有一定动态测量功能，拓展wMPS的应用范围，为实现基于wMPS的工业现场实时高精度大尺寸坐标测量提供技术支持。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

根据现场测量尺寸确定测量定位空间，选取位置放置若干发射站，使用基准尺对发射站进行外部参数标定，建立测量场；

在信号处理器通讯数据包中为每个发射站的角度信息附加本地时钟信息；

在时间轴上设置固定的时间节点，将不同发射站的数据同步到相应的时间节点上，从而完成数据同步；

所述在时间轴上设置固定的时间节点，将不同发射站的数据同步到相应的时间节点上，从而完成数据同步的步骤具体为：

1)在接收器中选择计算最晚时刻的时间戳t_0n，并将最晚时刻的相邻前一时刻的时间戳t_0n-1取出，最晚时刻的时间戳对应的节点时间为t_pn；

2)将发射站在时间戳t_0n时刻的数据同步到节点时间t_pn上；

3)将所有发射站的数据同步到相应时间节点上；利用角度交会原理即可得到该时刻的坐标值，从而完成了多发射站的数据同步。

2.根据权利要求1所述的室内空间测量定位网络动态坐标测量多站数据同步方法，其特征在于，所述在信号处理器通讯数据包中为每个发射站的角度信息附加本地时钟信息的步骤具体为：

1)接收器接收到发射站发射的同步光脉冲及扫描光脉冲信号，并将同步光脉冲及扫描光脉冲信号转换为电脉冲送至信号处理器；

2)信号处理器以内部晶振为计时基准对不同发射站的电脉冲按照发射站旋转周期进行匹配计时；

3)信号处理器将同一接收器接收到的不同发射站角度信息及相应时间戳打包形成数据帧，并上传到计算工作站。