[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

说明书

本发明提供一种具备惯性自主定位能力的测量棱镜及棱镜跟踪方法，包括光学棱镜、自主定位定姿模块和通讯模块，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，自主推算出棱镜的三维位置、速度和姿态信息；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实时发送给棱镜的数据处理单元。由于棱镜自身位置、速度和姿态等状态量传递给全站仪，可有效减小全站仪的搜索半径，有效提升棱镜在遮挡后的重新捕获和连续跟踪能力。

技术领域

本发明涉及测绘技术及测绘设备领域，尤其涉及一种基于惯性导航系统且具备位姿自主推算能力的测量棱镜。

背景技术

全站仪是一种集水平角、垂直角、距离测量功能于一体的测绘仪器，通常需要搭配棱镜进行点位测量。传统全站仪不具备自动照准棱镜的功能，在使用时需要手动照准棱镜进行测量，耗时费力且不能对棱镜进行动态跟踪。为了克服上述缺陷，以徕卡(LeicaGeosystems)为代表的诸多测量仪器厂商在传统全站仪的基础上加入了棱镜自动跟踪与照准的功能，实现了全站仪的自动化测量。

现有主流自动跟踪型全站仪主要通过图像识别的方式实现对棱镜的动态跟踪与照准，棱镜本身不具备位置推算能力。这种方式存在以下缺陷：1)棱镜与全站仪之间需要保持良好的连续通视条件，一旦存在遮挡物则容易导致全站仪对棱镜的自动跟踪中断。2)棱镜相对于全站仪的运动速度不能过快，否则容易导致全站仪跟踪失败。3)棱镜与全站仪间的距离有限制，太远或太近都较难跟踪。4)对观测环境要求高，在光线充足的情况下才能进行有效的连续跟踪与照准。

公开号“CN110220512A”专利名称为“一种全站仪组合惯性测量单元的动态定位系统”，该专利在载体上安装棱镜和惯性测量单元，利用全站仪与惯性测量单元的组合进行动态定位。然而，该专利仅将棱镜作为全站仪的合作目标，用于测量载体的位置坐标。因此，该方案中棱镜本身不具备位置推算能力，且无法提高全站仪对棱镜的跟踪照准能力，与本专利有本质上的区别。

针对现有问题，目前亟需一种能够克服观测环境、遮挡、棱镜与全站仪间距离和相对运动速度等方面局限的棱镜跟踪方案。为此，本发明提出一种基于惯性导航技术的新型棱镜系统和方法，该棱镜具备位置、速度和姿态的自主推算能力，能够有效解决现有自动跟踪型全站仪的对棱镜的动态跟踪和照准的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提出一种基于惯性导航系统(INS)技术的棱镜系统及方法，通过INS对棱镜位置进行推算，从而实现全站仪对棱镜的连续跟踪。

为了实现上述目的，本发明提出一种具备惯性自主定位能力的测量棱镜，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。

而且，所述的惯性测量单元由三个陀螺和三个加速度计构成。

而且，光学棱镜处与全站仪之间的无线通讯形式为WIFI或蓝牙。