CN107505638B - 一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法，包括步骤：预先在实际测量点加装卫星定位天线，与卫星天线安装点的卫星定位天线联合采用卫星高精度定向技术计算出两点间的距离、俯仰角和方位角测量值；改变车辆的位置，根据预定统计数量重复执行上述步骤，并计算方位角的安装误差；采用汤姆松奇异值剔除方法对上述测量值进行筛选，计算出两点间的距离和俯仰角统计值；外出任务时测量实际测量点的方位角实际测量值；根据卫星天线安装点的实际位置信息、两点间的距离和俯仰角统计值，以及所述方位角实际测量值计算出实际测量点的位置信息。本发明使用的换算方法能够降低因现有定位方法导致的测量误差，从而提高位置换算的精确度。

Description

一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法

技术领域

本发明涉及位置换算领域，更具体地，涉及一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法。

背景技术

目前全球的武器***都朝着高精尖的方向发展，各种装备车辆对定位精度要求越来越高，为满足需求，一般利用卫星定位设备进行高精度定位。但受装备车辆的形状、功能和卫星定位天线所需通视条件限制，往往卫星定位设备的定位天线无法安装于所需测量点上，只能安装于测量点附近的通视点上。如雷达车需要对雷达阵面中心进行定位，但雷达阵面中心都是精密电子元器件且本身不能遮挡，一般将卫星定位设备的定位天线安装于驾驶室上方，而雷达阵面到载车驾驶室上方有着复杂的结构传递关系(特别是转动活动的机构)，使得位置换算十分困难，尤其是在异型(结构形状不规则)装备车辆的位置换算更为困难。一般情况下，直接将不经换算的定位结果装订给雷达阵面，或者每次定位后通过人工测量将位置点进行粗略换算。现有方法其存在以下缺点：

a)定位误差大：异型装备车辆上安装位置与实际所需位置本身就存在的很大的距离误差，少则几米，多则十几米；

b)人工测量操作复杂时间长：由于异型装备车辆本身结构不规则，而且一般车顶高度至少数米，人工测量难度大，安全性差，而且所需测量时间长；

c)推广应用性差：现在武器***发展趋势均为精确打击，各装备车辆的精确定位也要求越来越高，至少需要分米级以上的定位精度，而现有方法的位置换算误差均在米级。

因此，针对现有位置换算方法存在的局限性，需要提供一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法。该方法能够降低因现有定位方法、人工测量导致的测量误差，从而提高位置换算的精确度。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法，包括步骤：

S11：预先在实际测量点加装卫星定位天线，该天线与卫星天线安装点的卫星定位天线联合采用卫星高精度定向技术计算出两点之间的距离测量值、俯仰角测量值和方位角测量值；

S13：改变车辆的位置，根据预定统计数量，重复执行步骤S11；

S15：采用汤姆松奇异值剔除方法对所述预定统计数量的测量值进行筛选，计算所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值；

S17：外出任务时测量实际测量点的方位角实际测量值；

S19：使用卫星定位天线测量卫星天线安装点的位置信息，利用所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值，以及所述方位角实际测量值计算实际测量点的位置信息。

更进一步地，所述预定统计数量设置为8。

更进一步地，改变所述车辆的位置，以45°为递增量，从0°到315°重复测量两点之间的距离测量值、俯仰角测量值和方位角测量值。

更进一步地，根据所述方位角测量值计算方位角的安装误差，包括：

S131：利用所述方位角测量值获得卫星高精度定向结果；

S133：使用车载定向设备进行同步定向获得车载定向结果；

S135：改变所述车辆的位置，以45°为递增量，从0°到315°重复测量所述卫星高精度定向结果和所述车载定向结果；

S137：使用所述卫星高精度定向结果和所述车载定向结果的测量值计算所述方位角的安装误差。

更进一步地，所述步骤S15具体包括：

S151：使用所述预定统计数量的所述距离测量值和俯仰角测量值分别计算所述距离和俯仰角的平均值；

S153：使用所述预定统计数量的所述距离测量值和平均值，以及所述俯仰角测量值和平均值分别计算所述距离和俯仰角的方差；

S155：计算出所述距离统计值和俯仰角统计值。

更进一步地，外出任务时使用车载定向设备或车载寻北仪或卫星定向设备测量出外出任务时的方位角实际测量值。

更进一步地，使用所述方位角的安装误差对所述方位角实际测量值进行误差补偿。

更进一步地，所述步骤S19具体包括：

S191：将所述卫星天线安装点的位置信息转换为北天东坐标系；

S193：根据所述距离统计值、所述俯仰角统计值和经过误差补偿的所述方位角实际测量值，通过北天东坐标系计算出所述实际测量点的位置信息。

更进一步地，所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值每年重新标定一次，和或两点之间进行机械组装后重新标定一次。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案能够利用高精度定向技术实现异型装备车辆上两点位置关系的精确换算，可以忽略车辆本身结构形状不规则的缺点，能够解决现有定位方法定位误差大、人工测量操作复杂时间长和推广应用性差的问题，能够有效规避所需测量的两个点之间机械结构的传递误差，可将误差控制到厘米级的范围内，使得整个精度链可以达到分米级。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明所述车辆上两点位置换算方法的流程图；

图2示出本发明所述计算误差补偿的流程图；

图3示出本发明所述使用汤姆松奇异值剔除方法进行筛选的流程图；

图4示出本发明所述计算实际测量点的位置信息的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在异型装备车上实现两点位置的精确换算，设置卫星天线安装点1(X1,Y1,Z1)，实际所需测量点2(X2,Y2,Z2)，两点间的相对位置关系方位角A、俯仰角E和距离D。图1示出本发明所述车辆上两点位置换算方法的流程图，一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法，包括步骤：S11：预先在实际测量点加装卫星定位天线，该天线与卫星天线安装点的卫星定位天线联合采用卫星高精度定向技术计算出两点之间的距离测量值、俯仰角测量值和方位角测量值；

在本实施例中，车辆顶部安装有固定的卫星天线，另外在实际测量点临时安装卫星天线，利用此两点的卫星天线，使用高精度GPS定向设备(例如HemisphereVS330定向接收机)即可计算出两点之间的距离测量值、俯仰角测量值和方位角测量值。

S13：改变车辆的位置，根据预定统计数量，重复执行步骤S11；

在一个具体的实施例中，所述预定统计数量设置为8，改变所述车辆的位置，以45°为递增量，从0°到315°重复测量两点之间的距离测量值、俯仰角测量值和方位角测量值。

以车辆当前的位置为原点，即0°，采用卫星高精度定向技术，获得车辆在0°时两点之间的距离测量值1、俯仰角测量值1和方位角测量值1。以45°为递增量，在45°时再次进行测量获得两点之间的距离测量值2、俯仰角测量值2和方位角测量值2；同理，分别在90°、135°、180°、225°、270°和315°进行测量，获得8次测量值。

在改变位置的同时，如图2示出本发明所述计算误差补偿的流程图，根据所述方位角测量值计算方位角的安装误差，具体包括：

S131：利用所述方位角测量值获得卫星高精度定向结果；

S133：使用车载定向设备进行同步定向获得车载定向结果；

S135：改变所述车辆的位置，以45°为递增量，从0°到315°重复测量所述卫星高精度定向结果和所述车载定向结果；

S137：使用所述卫星高精度定向结果和所述车载定向结果的测量值计算安装误差。

一般车载定向设备与车辆具有一定的安装误差ΔA，首先利用所述方位角测量值获得卫星高精度定向结果A_GPS，该测量值使用卫星高精度定向技术得到；然后使用车载定向设备进行同步获得车载定向结果Acar。改变所述车辆的位置，获得8组测量值，通过公式(1)计算出安装误差，在实际测量时修订到车载定向设备，以提高两点位置换算的精度。

其中：

ΔA—安装误差；

n—寻北测量次数(n＝8)，i＝1，2......n；

A_CARi—第i次车载定向结果；

A_GPSi—第i次卫星高精度定向结果。

S15：采用汤姆松奇异值剔除方法对所述预定统计数量的测量值进行筛选，计算所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值。

为了检验***测量数据中是否含有奇异值，本发明采用汤姆松(Thompson)奇异值剔除方法。

在一个具体的实施例中，图3示出本发明所述使用汤姆松奇异值剔除方法进行筛选的流程图，所述步骤S15具体包括：

S151：使用所述预定统计数量的所述距离测量值和俯仰角测量值分别计算所述距离和俯仰角的平均值；

根据测量得到的N个数据位X₁、X₂、X₃、……、X_N，在本发明中为预定统计数量的天线安装点的方位角A、俯仰角E和距离D测量值和实际测量点的方位角A、俯仰角E和距离D测量值。

为了检验是否含有奇异值，按照下列公式分别计算俯仰角E和距离D的平均值：

其中为子样平均值，N为统计数据的个数，本发明中为所述预定统计数量，k为数据的序号。

S153：使用所述预定统计数量的所述距离测量值和平均值，以及所述俯仰角测量值和平均值分别计算所述距离和俯仰角的方差。按照下列公式分别计算俯仰角E和距离D的方差：

其中为子样平均值，N为统计数据的个数，本发明中为所述预定统计数量，S²为子样方差，k为数据的序号。

S155：计算出所述距离统计值和俯仰角统计值。按照下列公式分别计算出对应的距离统计值和俯仰角统计值：

其中为子样平均值，N为统计数据的个数，本发明中为所述预定统计数量，S²为子样方差，k为数据的序号，其他为中间计算变量。

若|t′|＞t_(N-2,α)，则x_k被剔除，否则保留。这里，t_(N-2,α)为学生氏t分布分位点，可根据自由度N-2和显著性水平α从学生氏t分布表查得。例如，N＝10,α＝0.05,可查得t_(N-2,α)＝2.306。根据上述计算得到所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值。

S17：外出任务时测量实际测量点的方位角实际测量值。由于方位角是根据车辆停放位置变化而变化的，因此在外出执行任务时需要对方位角进行实际测量。

在一个具体的实施例中，外出任务时使用车载定向设备或车载寻北仪或卫星定向设备测量出外出任务时的方位角实际测量值。

在一个具体的实施例中，使用所述方位角的安装误差对所述方位角实际测量值进行误差补偿。将预先计算的安装误差ΔA补偿到方位角实际测量值进行误差补偿，以提高两点位置换算的精度。

S19：使用卫星定位天线测量卫星天线安装点的位置信息，利用所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值，以及所述方位角实际测量值计算实际测量点的位置信息。在外出任务时，根据卫星定位天线测量出的天线安装点的位置信息(X1,Y1,Z1)，利用所述两点之间的俯仰角统计值E和距离统计值D，以及经过误差补偿的的方位角实际测量值A进行位置换算，推算出实际测量点的位置信息(X2,Y2,Z2)。

在一个具体的实施例中，图4示出本发明所述计算实际测量点的位置信息的流程图，所述步骤S19具体包括：

S191：将所述卫星天线安装点的位置信息转换为北天东坐标系。根据北天东坐标系与地心坐标系转换关系可得：

按照前述方法计算出转换矩阵T。

S193：根据所述距离统计值、所述俯仰角统计值和所述方位角实际测量值进行推算，使用北天东坐标系计算出所述实际测量点的位置信息。

将公式进行转换，计算转换矩阵中间值：

从而计算出转换矩阵中间值最后使用北天东坐标系计算出所述实际测量点的位置信息。

根据公式(9)，计算出所述实际测量点的位置信息(X2,Y2,Z2)。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种基于高精度定向技术的车辆上两点位置换算方法，其特征在于，包括步骤：

S11：预先在实际测量点加装卫星定位天线，该加装卫星定位天线与卫星天线安装点的卫星定位天线联合采用卫星高精度定向技术计算出两点之间的距离测量值、俯仰角测量值和方位角测量值；

S13：改变车辆的位置，根据预定统计数量，重复执行步骤S11；

S15：采用汤姆松奇异值剔除方法对所述预定统计数量的测量值进行筛选，计算所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值；

S17：外出任务时测量实际测量点的方位角实际测量值；

S19：使用卫星天线安装点的卫星定位天线测量卫星天线安装点的位置信息，利用所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值，以及所述方位角实际测量值计算实际测量点的位置信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定统计数量设置为8。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，改变所述车辆的位置，以45°为递增量，从0°到315°重复测量两点之间的距离测量值、俯仰角测量值和方位角测量值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述方位角测量值计算方位角的安装误差，包括：

S131：利用所述方位角测量值获得卫星高精度定向结果；

S133：使用车载定向设备进行同步定向获得车载定向结果；

S135：改变所述车辆的位置，以45°为递增量，从0°到315°重复测量所述卫星高精度定向结果和所述车载定向结果；

S137：使用所述卫星高精度定向结果和所述车载定向结果的测量值计算所述方位角的安装误差。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S15具体包括：

S151：使用所述预定统计数量的所述距离测量值和俯仰角测量值分别计算所述距离和俯仰角的平均值；

S153：使用所述预定统计数量的所述距离测量值和平均值，以及所述俯仰角测量值和平均值分别计算所述距离和俯仰角的方差；

S155：计算出所述距离统计值和俯仰角统计值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，外出任务时使用车载定向设备或车载寻北仪或卫星定向设备测量出外出任务时的方位角实际测量值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用所述方位角的安装误差对所述方位角实际测量值进行误差补偿。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S19具体包括：

S191：将所述卫星天线安装点的位置信息转换为北天东坐标系；

S193：根据所述距离统计值、所述俯仰角统计值和经过误差补偿的所述方位角实际测量值，通过北天东坐标系计算出所述实际测量点的位置信息。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两点之间的距离统计值和俯仰角统计值每年重新标定一次，和或两点之间进行机械组装后重新标定一次。