空间位置测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空间位置测量技术领域，具体涉及一种空间位置测量方法及装置。
【背景技术】
[0002] 目前空间位置的测量方法，主要有W下几种；通过全站仪实现空间位置坐标的静 态测量；通过经缔仪和基准尺实现坐标的测量；通过GI^S实现空间位置坐标的静态及动态 测量；通过惯性系统实现空间位置的静动态测量。
[0003] 全站仪测量位置坐标是基于全站仪的测距原理，通过全站仪瞄准基准坐标点，测 量基准坐标点距全站仪坐标系原点的距离，同时测量基准坐标点在全站仪坐标系下的方位 和俯仰角度，由此计算全站仪原点在基准点所在坐标系下的坐标，实现空间坐标的静态测 量。由于全站仪的是工作建立在水平基准上对祀标进行瞄准，因此，不能实现动态的位置测 量。
[0004] 通过经缔仪及基准尺进行坐标测量时，首先将两台经缔仪对瞄，然后分别瞄准已 知长度的基准尺的祀标点，由此建立一个虚拟的坐标系，最后由两台经缔仪分别瞄准被测 目标点，测量被测目标点在虚拟坐标系下的坐标，实现空间坐标的静态测量。同样经缔仪的 工作也是建立在水平基准上进行瞄准测量的，所W无法实现动态测量。
[0005] 全球定位系统（GPS)空间位置测量是基于接收GI^S卫星信号进行解算的。GI^S接收 机根据接收到的GI^S卫星信号识别GI^S卫星位置、时差等信息解算GI^S接收机当前的空间 位置信息。可W实现空间位置信息的静态测量和动态测量。GPS空间位置测量对GI^S卫星 信号依赖度高，受气象因素等影响严重，且具有被限制使用的风险，不能实现全自主工作。
[0006] 惯性系统的空间位置测量是基于测量某一指向的加速度，经积分解算当前的位置 信息。可W实现静态及动态的测量，但是由于巧螺的漂移，其测量精度较差。
[0007] 上述测量方法，由于测量原理的关系，主要限于静态条件下的测量，动态测量精度 较低。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种能够实现便捷、快速的空间位置测量的空间位置测量方 法及装置。W克服现有技术手段在空间位置测量上的缺陷，利用光学成像原理、通过摄影的 方法建立一种便携、快速的空间位置测量方法，实现静态及动态条件下空间位置的快速测 量。
[0009] 本发明是该样实现的：一种空间位置测量方法，包含W下步骤：
[0010] 步骤1、建立3个W上在地面直角坐标系中坐标已知的祀标点，分别为Pi (Xi，Yi， Zi)，P2 (X2，Y2，Z2)，P3 (X3, Y3，Z3)……；
[0011] 步骤2、拍摄包含至少3个祀标点的图像；
[0012] 步骤3、W如下形式建立方程组；
[0013] 定义；0-XYZ为地面直角坐标系，S-X' r Z'为相机测量坐标系，S为相机的光也位 置；S-UVF为像空间坐标系，0-uv为像平面坐标系；
[0014] S-X' r Z'的各个坐标轴的指向是按照绕X、Y、Z轴的旋转次序，对坐标系0-XYZ 进行旋转得到，分别旋转庐，《，K角度；
[0015] 旋转矩阵R采用A ?，K表示为：
【主权项】
1. 一种空间位置测量方法，包含以下步骤： 步骤1、建立3个以上在地面直角坐标系中坐标已知的靶标点，分别为Pi(\，YpZP，P2 (X2，Y2，Z2)，P3 (X3，Y3，Z3)……； 步骤2、拍摄包含至少3个靶标点的图像； 步骤3、以如下形式建立方程组； 定义：〇-XYZ为地面直角坐标系，S-X'Y'Z'为相机测量坐标系，S为相机的光心位置；SHJVF为像空间坐标系，o-uv为像平面坐标系； s-x'Y'Z'的各个坐标轴的指向是按照绕X、Y、Z轴的旋转次序，对坐标系0-XYZ进行 旋转得到，分别旋转0，《，k角度； 旋转矩阵R采用％ ?，k表示为：
，在以 下的方程组中用
的形式表示； S在0-XYZ中的坐标为（XS，YS，ZS)，对于任一物点P及其对应的像点p，物点P在0-XYZ中的坐标为（X，Y，Z)，物点P在S-X'Y'Z'中的坐标为（X-Xs，Y-Ys，Z-Zs)，物点P在S-UVF中 的坐标为（X'，Y'，Z'），像点p在S-UVF中的坐标为（u，v，-f); 其中，f为相机焦距；u、v为成像点在像平面坐标系o-uv下的坐标； 像空间坐标系S-UVF由像平面坐标系o-uv扩展得到，U、V轴与u、v轴平行，像平面坐 标系原点〇,在S-UVF中的坐标为（0,0, -f); 得到如下方程组；
其中，方程的数量为拍摄到的靶标点的数量的2倍； 步骤4、解算方程组，算出未知量（XS，YS，ZS)、叭《，k;即可得到相机测量坐标系 S-X'Y'Z'与地面直角坐标系0-XYZ的关系，完成定位。
2. 如权利要求1所述的空间位置测量方法，其特征在于，在步骤2中拍摄图像的时候， 记录拍摄时刻，在步骤4中，输出定位信息的同时，输出时标信息，实现动态定位。
3. -种空间位置测量系统，其特征在于，包含：3个以上坐标已知的靶标点，拍摄靶标 点图像的相机，对相机拍摄到的图像进行处理、输出定位信息的运算设备；运算设备使用如 权利要求1所述的方法进行定位运算。
4. 如权利要求3所述的空间位置测量系统，其特征在于，还包含记录相机拍摄图像时 刻的时刻记录设备。
【专利摘要】本发明涉及一种空间位置测量方法及装置，目的是利用光学成像原理、通过摄影的方法建立一种便携、快速的空间位置测量方法，实现静态及动态条件下空间位置的快速测量。本发明包含以下步骤：步骤1、建立3个以上在地面直角坐标系中坐标已知的靶标点；步骤2、拍摄包含至少3个靶标点的图像；步骤3、建立方程组；步骤4、解算方程组，得到相机测量坐标系与地面直角坐标系的关系，完成定位。本发明所述摄影定位方法的建立，从根本上解决了空间位置高精度测量的技术难题，不仅满足静态条件下的快速、准确测量，同时具备动态条件下快速、准确定位的能力。
【IPC分类】G01C11-00
【公开号】CN104567812
【申请号】CN201310475942
【发明人】王锴磊, 冯伟利, 崔桂利
【申请人】北京航天计量测试技术研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月12日