[发明专利]一种具备惯性自主定位能力的测量棱镜及棱镜跟踪方法

权利要求书

1.一种具备惯性自主定位能力的测量棱镜，其特征在于：包括光学棱镜、自主定位定姿模块和通讯模块，所述自主定位定姿模块与光学棱镜固联；

其中光学棱镜与全站仪配合使用，在通视情况下全站仪能够测量棱镜中心的位置坐标；自主定位定姿模块，包括惯性测量单元IMU和数据处理单元，在给定初始位置、速度和姿态信息的情况下，自主推算出棱镜的三维位置、速度和姿态信息；

所述的惯性测量单元用于测量载体的三轴角速度向量和三轴非引力加速度；

所述的数据处理单元用于融合处理IMU原始数据和全站仪测得的棱镜中心坐标，实现组合定位定姿解算，得到棱镜位置、速度和姿态推算结果；

所述通讯模块，用于光学棱镜处与全站仪之间的无线通讯和数据传输，光学棱镜处的数据处理单元得到的定位定姿结果通过通讯模块传递给全站仪，辅助全站仪预判棱镜位置，在通视情况下，全站仪测得的棱镜坐标通过通讯模块实时发送给棱镜的数据处理单元。

2.根据权利要求1所述具备惯性自主定位能力的测量棱镜，其特征在于：所述的惯性测量单元由三个陀螺和三个加速度计构成。

3.根据权利要求1所述具备惯性自主定位能力的测量棱镜，其特征在于：光学棱镜处与全站仪之间的无线通讯形式为WIFI或蓝牙。

4.根据权利要求1或2或3所述具备惯性自主定位能力的测量棱镜实现的棱镜跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤，

架设全站仪和棱镜，令全站仪照准棱镜，和数据处理单元按照时间顺序同步记录IMU和全站仪的测量数据；

对光学棱镜处的自主定位定姿模块进行位置、速度和姿态的初始化；

移动棱镜，对获取的IMU数据进行惯性导航解算，得到棱镜位置、速度、姿态、加速度和角速度信息；

在全站仪与棱镜通视时，全站仪跟踪并照准棱镜，实时测量棱镜的位置坐标，通过通讯模块将该位置坐标发送给棱镜的数据处理单元，与惯性导航解算得到的棱镜定位定姿结果进行数据融合，得到棱镜组合定位和定姿结果；

棱镜的数据处理单元通过惯性导航解算结果对棱镜位置、速度和姿态信息进行预测，辅助全站仪更稳健地跟踪棱镜；

当全站仪跟踪棱镜中断时，全站仪基于接收到的棱镜预测定位定姿信息对棱镜的位置进行预判，并照准预测位置，在附近范围内搜索棱镜，使其能够重新照准并跟踪棱镜。

5.根据权利要求4所述具备惯性自主定位能力的测量棱镜实现的棱镜跟踪方法，其特征在于：利用全站仪测量得到棱镜的位置坐标实现位置的初始化。

6.根据权利要求4所述具备惯性自主定位能力的测量棱镜实现的棱镜跟踪方法，其特征在于：速度初始化实现方式为，令棱镜静止，将棱镜的初始速度设为0；或者利用两个时刻棱镜位置之差计算速度。

7.根据权利要求4所述具备惯性自主定位能力的测量棱镜实现的棱镜跟踪方法，其特征在于：姿态初始化的实现方式为，静态解析粗对准或动对准。

8.根据权利要求4或5或6或7所述具备惯性自主定位能力的测量棱镜实现的棱镜跟踪方法，其特征在于：全站仪观测值与惯性导航解算结果进行融合的实现方式为，卡尔曼滤波或图优化。