Page 315 - 测绘新技术的理论与实践研究

第九章 激光跟踪仪高精度测量技术研究

（三）多传感器联合测量立方镜位姿

由于立方镜测量法能快速恢复坐标系，其在工业部件高精度位姿测量中具有
重要地位。目前对立方镜姿态测量的主流手段仍然只能依靠高精度经纬仪准直完
成，因此针对不同类型的坐标测量系统，可通过与经纬仪联合测量实现目标的位
姿测量。

以 iGPS 系统为例。iGPS 系统接收器可配置多种测量终端，其中的 1.5 英寸
标准球所测坐标点为球中心点。该标准球配合通用磁性基座，等效于激光跟踪仪、
全站仪等使用的 1.5 英寸标准球棱镜。
当使用经纬仪系统测量时，通过在同一位置的基座安置 1.5 英寸标准球棱镜，

每台经纬仪均瞄准球棱镜中心，即可测得中心点坐标值。在测量场地合适位置固
定放置一定数量的磁性基座（至少三个）。分别用经纬仪测量系统和 iGPS 系统
测量放置在基座上的球形棱镜和接收器终端，可通过两套系统分别测量得到同一
个球心在两套坐标系下的坐标值。

上述方法的转换精度较低，若能标定出某固定坐标系与某立方镜之间的关系，
即可根据此已知值间接得到两套测量坐标系的转换关系。该方案可利用经纬仪测
量系统测量立方镜，建立立方镜坐标系，而用 iGPS 系统测量立方镜周边点位，
利用固定点位建立和恢复固定坐标系，通过立方镜坐标系和固定点位坐标系之间

的关系进行坐标基准转换。

三、动态位姿测量原理与方法

动态位姿测量的主要对象是快速运动的目标，对于速度较快、运动范围较大
的目标，参考系一般选定为导航坐标系，姿态角分别为航向角 o、俯仰角 y 和横
滚角 y，测量方法主要有惯性传感器法、GNSS 多天线法及将二者组合的方法；
而在工业设备的安装和检测任务中，载体运动速度较低、运动范围较小，参考系
往往为自定义局部坐标系，此时位姿测量可通过激光跟踪仪配合专用附件实现。

（一）惯性传感器位姿更新算法
捷联惯导系统直接安装于目标载体上，运行时陀螺仪可实时测量角速度，同
时系统的导航计算机也计算得到另一角速度值（导航系相对于惯性系），通过实

时解算可进一步得到目标载体坐标系相对于导航系的角速度，进而可进行姿态矩
阵的实时解算和更新，得到目标载体的航向和姿态值。而加速度计测量的加速度
信号也可根据解算姿态矩阵进行比例坐标变换，并转换至导航系，通过输入速度

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