專利名稱：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的手持終端及其對(duì)中和調(diào)平方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Globalnavigation Satellites System,GNSS),尤其是涉及GNSS手持終端。
背景技術(shù)：
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的總稱，可分為全球系統(tǒng)、區(qū)域系統(tǒng)、增強(qiáng)系統(tǒng)等。全球系統(tǒng)包括美國(guó)的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GL0NASS系統(tǒng)、歐洲的Galileo系統(tǒng)、中國(guó)的北斗系統(tǒng)、法國(guó)的DORIS星基無(wú)線電多普勒定軌定位系統(tǒng)、德國(guó)的PRARE星站距離和距離變化率測(cè)量系統(tǒng)等。區(qū)域系統(tǒng)包括:日本的QZSS準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)、印度的IRNSS區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。增強(qiáng)系統(tǒng)包括:STARFIRE全球空基差分系統(tǒng)、WAAS廣域增強(qiáng)系統(tǒng)、EGNOS歐洲廣域增強(qiáng)系統(tǒng)、日本的MSAS增強(qiáng)系統(tǒng)等。GNSS終端接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)并解算出終端的位置信息，因此可用于進(jìn)行大地測(cè)量。在大地測(cè)量中，被測(cè)點(diǎn)都是位于一個(gè)實(shí)際物體上，被測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位精度需要達(dá)到厘米級(jí)，因此在操作GNSS終端的過程中確定定位參考點(diǎn)是很重要的。這個(gè)參考點(diǎn)就是天線的相位中心，即GNSS終端輸出的原始位置坐標(biāo)是衛(wèi)星接收天線相位中心的經(jīng)緯度坐標(biāo)。要保證該經(jīng)緯度坐標(biāo)與被測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)相同，需要調(diào)整天線位置，使得天線相位中心在被測(cè)點(diǎn)所在水平面上的投影和被測(cè)點(diǎn)重合，這個(gè)調(diào)整天線相位中心的動(dòng)作稱為“對(duì)中”。同時(shí)，為了保證衛(wèi)星天線能夠均勻的接收來(lái)自不同方向和高度的衛(wèi)星信號(hào)，也需要調(diào)整衛(wèi)星天線平面和水平面平行，這個(gè)動(dòng)作稱為“調(diào)平”。測(cè)量型GNSS終端可分為非手持式和手持式兩種。非手持式終端主要由主機(jī)、手簿、對(duì)中桿組成。主機(jī)內(nèi)部主要包括衛(wèi)星接收天線和定位解算模塊。手簿是主機(jī)和操作者之間的交互界面，它和主機(jī)之間通過有線或無(wú)線方式進(jìn)行通訊，操作者通過手簿對(duì)主機(jī)發(fā)送控制指令、讀取數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等工作。手持式終端將衛(wèi)星天線和定位解算模塊集成在手簿中。對(duì)中桿是一頭尖，另一頭帶螺紋柱的細(xì)長(zhǎng)桿，桿上安裝有調(diào)平液泡。對(duì)中桿和主機(jī)的組裝結(jié)構(gòu)保證對(duì)中桿垂直于天線平面，并且軸線通過天線相位中心。對(duì)中桿用于把天線平面調(diào)節(jié)到水平并使相位中心對(duì)準(zhǔn)被測(cè)點(diǎn)，同時(shí)也兼具抬高天線減少遮擋的功能。在非手持式測(cè)量型GNSS終端中，對(duì)中桿是必備部件，對(duì)于手持式終端，如果定位精度要求達(dá)到厘米級(jí)，傳統(tǒng)的方式也是采用對(duì)中桿。實(shí)際操作過程中，將對(duì)中桿尖頭抵在被測(cè)點(diǎn)上，操作者根據(jù)液泡的位置不斷調(diào)整對(duì)中桿的角度，保持對(duì)中桿垂直于水平面，這種調(diào)整需在終端定位過程中持續(xù)進(jìn)行，因此會(huì)明顯增加工作負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不需要對(duì)中桿的手持式GNSS終端。本發(fā)明另外提出一種手持式GNSS終端的對(duì)中方法。
本發(fā)明所提出的一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的手持終端，包括一殼體，在殼體正面布置有一顯示屏，在殼體上布置有一衛(wèi)星天線。在殼體背面布置有一激光指示器和一攝像頭，激光指示器用于發(fā)出光束到地面形成光點(diǎn)，攝像頭用于拍攝包括被測(cè)點(diǎn)和光點(diǎn)的圖像。并且，在殼體內(nèi)布置一姿態(tài)傳感器，用于感測(cè)衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角。顯示屏、激光指示器、攝像頭、以及姿態(tài)傳感器連接到布置于殼體內(nèi)的一主控制板。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，激光指示器發(fā)出光束所在的軸線通過衛(wèi)星天線的相位中心，并且該軸線和天線平面垂直。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，攝像頭安裝的角度使得激光指示器通過光束指示在被測(cè)點(diǎn)上的光點(diǎn)處于拍攝的范圍之內(nèi)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，姿態(tài)傳感器為加速度計(jì)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)為全球系統(tǒng)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)為區(qū)域系統(tǒng)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述手持終端能夠接收一種或多種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)。本發(fā)明所提出的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的手持終端的對(duì)中和調(diào)平方法，包括以下步驟:接收操作者設(shè)定的衛(wèi)星天線允許的俯仰角和橫滾角閾值，或者接收操作者設(shè)定的光點(diǎn)的最大允許偏移誤差、以及天線相位中心和地面的距離；從激光指示器發(fā)射激光束到地面以形成光點(diǎn)；利用攝像頭拍攝包含被測(cè)點(diǎn)和光點(diǎn)的圖像；在顯示屏上顯示圖像，以供使用者將光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所述被測(cè)點(diǎn)；利用姿態(tài)傳感器測(cè)量衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角；在主控制板中判斷衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角是否在閾值規(guī)定的范圍內(nèi)；以及向操作者反饋衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角是否在所述閾值規(guī)定的范圍內(nèi)。本發(fā)明所提出的手持終端和對(duì)中及調(diào)平方法利用激光指示器指示被測(cè)點(diǎn)，利用姿態(tài)傳感器感測(cè)天線姿態(tài)，利用電子攝像頭和顯示屏實(shí)時(shí)顯示被測(cè)點(diǎn)附近影像，使得操作者不再依賴對(duì)中桿就可以完成原有工作。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明，其中:圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的手持終端的側(cè)視圖。圖2示出本發(fā)明一實(shí)施例的手持終端的正面視圖。圖3示出本發(fā)明一實(shí)施例的手持終端的電路結(jié)構(gòu)框圖。圖4示出本發(fā)明一實(shí)施例的手持終端的對(duì)中和調(diào)平過程。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所要描述的實(shí)施例涉及全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的手持終端。在此，GNSS系統(tǒng)可包括全球系統(tǒng)，例如美國(guó)的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GL0NASS系統(tǒng)、歐洲的Galileo系統(tǒng)、中國(guó)的北斗系統(tǒng)等，也可包括區(qū)域系統(tǒng)，例如日本的QZSS準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)、印度的IRNSS區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。手持終端可以是專用于衛(wèi)星導(dǎo)航的設(shè)備，也可以是集成了衛(wèi)星導(dǎo)航功能的多功能設(shè)備。另外，手持終端可能兼容了多種GNSS系統(tǒng)。
圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的手持終端的側(cè)視圖。手持終端100包含殼體101，在殼體正面布置顯示屏102，在殼體背面布置了激光指示器103和攝像頭104。激光指示器103能夠發(fā)出激光束，照射到物體表面以形成光點(diǎn)。攝像頭104能夠拍攝物體圖像，尤其是能夠捕捉這一被測(cè)點(diǎn)。激光束所形成的光點(diǎn)較佳為肉眼可視的。但這并非作為限制，在使用不可視激光(例如紅外光)的情況下，攝像頭104被配置為能夠捕獲肉眼不可視的激光束(例如紅外攝像頭)，并轉(zhuǎn)換為在顯示屏102上可視的點(diǎn)。另外，衛(wèi)星天線105以外置或內(nèi)置方式布置在殼體上。當(dāng)衛(wèi)星天線105為外置式時(shí)，它局部或者全部暴露在殼體表面。衛(wèi)星天線105為內(nèi)置式時(shí)，它隱藏在殼體內(nèi)部。當(dāng)衛(wèi)星接收天線105被布置到終端100上后，它具有確定的相位中心0，如圖1和圖2所示。圖3示出本發(fā)明一實(shí)施例的手持終端的電路結(jié)構(gòu)框圖。如圖3所示，顯示屏102、激光指示器103和攝像頭104、以及衛(wèi)星天線105布置在以主控制板110為中心的電路中。在電路中還布置有GNSS接收機(jī)106、姿態(tài)傳感器107、電源108，均布置在殼體101內(nèi)。在需要聲音輸出的情況下，終端可具有揚(yáng)聲器109,其布置在殼體101上并局部暴露于殼體表面。顯示屏102、激光指示器103和攝像頭104、衛(wèi)星天線105、GNSS接收機(jī)106、姿態(tài)傳感器107、電源108和揚(yáng)聲器109均連接到主控制板110。通常，衛(wèi)星接收天線105能夠接收導(dǎo)航衛(wèi)星廣播的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)紾NSS接收機(jī)106。GNSS接收機(jī)106利用衛(wèi)星信號(hào)實(shí)時(shí)解算出天線相位中心O的位置，GNSS接收機(jī)106也可以同時(shí)接收來(lái)自于其他增強(qiáng)系統(tǒng)的輔助信號(hào)，利用輔助信號(hào)參與解算，能夠獲得更高精度的定位結(jié)果?；氐綀D1所示，激光指示器103安裝在天線105的背面，且激光指示器103發(fā)出光束所在的軸線恰好通過天線的相位中心0，并且軸線和天線平面垂直。這樣，激光指示器103所發(fā)出的光束在地面或物體上形成的光點(diǎn)將能夠指示手持終端是否處在所希望的被測(cè)點(diǎn)。攝像頭104同樣安裝在天線的背面，安裝的角度要保證激光指示器103指示在被測(cè)點(diǎn)上的光點(diǎn)處于拍攝的范圍之內(nèi)。攝像頭104拍攝的畫面輸出到顯示屏102。在此定義載體(即終端100)坐標(biāo)系如下:原點(diǎn)為天線相位中心0，X軸平行于天線平面指向前方，Y軸平行于天線平面指向右側(cè)，Z軸和X、Y —起構(gòu)成右手系。定義俯仰角為載體繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，橫滾角為載體繞X軸旋轉(zhuǎn)的角度。姿態(tài)傳感器107和衛(wèi)星天線105的位置要保持相對(duì)固定，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這可以通過將姿態(tài)傳感器107和衛(wèi)星天線105固定在終端殼體上來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，姿態(tài)傳感器107可以是加速度計(jì)、陀螺儀、羅盤或其中任何組合，用于測(cè)量衛(wèi)星天線105的俯仰角β和橫滾角α。這里以加速度計(jì)為例來(lái)說明，加速度計(jì)是測(cè)量載體加速度的傳感器，本發(fā)明的實(shí)施例中使用的加速度計(jì)至少需要兩個(gè)加速度測(cè)量元件，這兩個(gè)元件的測(cè)量軸X1和Y1相互正交，并且分別平行于載體坐標(biāo)系的X軸和Y軸。當(dāng)天線靜止時(shí)，加速度計(jì)的輸出值就是重力加速度g在X軸和Y軸上的投影分量。當(dāng)天線平面和水平面平行時(shí)，重力加速度g垂直于X軸和Y軸，因此加速度傳感器輸出為0，當(dāng)天線平面和水平面不平行時(shí)，加速度計(jì)的輸出反應(yīng)了 g在X軸和/或Y軸上的投影分量。圖4示出本發(fā)明一實(shí)施例的手持終端的對(duì)中和調(diào)平過程。如步驟41所示，根據(jù)測(cè)量的精度要求，允許操作者預(yù)先設(shè)定天線允許的最大俯仰角和最大橫滾角閾值，接受這些設(shè)定。在步驟42，激光指示器103發(fā)射激光束。并且在步驟43，攝像頭104拍攝包含被測(cè)點(diǎn)和指示光點(diǎn)的圖像，傳輸給主控制板110，經(jīng)主控制板處理后在步驟44傳輸給顯示屏102顯示。這樣，實(shí)際操作時(shí)操作者觀察顯示屏102，可以同時(shí)看到被測(cè)點(diǎn)和指示光點(diǎn)，操作者移動(dòng)終端100將指示光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)點(diǎn)。此后，然后再調(diào)節(jié)接收機(jī)的姿態(tài)使其滿足閾值規(guī)定。在步驟45，姿態(tài)傳感器107測(cè)量天線的俯仰角和橫滾角，傳輸給主控制板110。當(dāng)主控制板110在步驟46判斷天線的俯仰角和橫滾角在閾值規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，就認(rèn)為天線是水平的。此時(shí)如步驟47，主控制板110可以通過面板指示燈、聲音提示、顯示屏上的界面提示等任何形式來(lái)告知操作者當(dāng)前的天線俯仰角和橫滾角是否在閾值規(guī)定的限制范圍內(nèi)。當(dāng)接收機(jī)的姿態(tài)滿足閾值規(guī)定時(shí)，即可進(jìn)行定位數(shù)據(jù)采集和記錄。在上述實(shí)施例中，通過判斷俯仰角和橫滾角是否超過閾值本質(zhì)上就是控制光點(diǎn)偏離被測(cè)點(diǎn)的誤差。所以，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，也可以由用戶設(shè)置光點(diǎn)的最大允許偏移誤差、以及天線相位中心和地面的距離，然后據(jù)此計(jì)算出允許的最大俯仰角和橫滾角。通過這樣的終端裝置和操作方法，操作者可以不用對(duì)中桿就可以完成全部的對(duì)中和調(diào)平工作，使得測(cè)量效率大大提高。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的手持終端，包括一殼體，在所述殼體正面布置有一顯示屏，在所述殼體上布置有一衛(wèi)星天線，其特征在于，在所述殼體背面布置有一激光指示器和一攝像頭，所述激光指示器用于發(fā)出光束到地面形成光點(diǎn)，所述攝像頭用于拍攝包括被測(cè)點(diǎn)和光點(diǎn)的圖像；并且，在所述殼體內(nèi)布置一姿態(tài)傳感器，用于感測(cè)所述衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角； 其中，所述顯示屏、所述激光指示器、所述攝像頭、所述姿態(tài)傳感器連接到布置于所述殼體內(nèi)的一主控制板。
2.按權(quán)利要求1所述的手持終端，其特征在于，所述激光指示器發(fā)出光束所在的軸線通過所述衛(wèi)星天線的相位中心，并且所述軸線和天線平面垂直。
3.按權(quán)利要求1所述的手持終端，其特征在于，所述攝像頭安裝的角度使得所述激光指示器通過光束指示在被測(cè)點(diǎn)上的光點(diǎn)處于拍攝的范圍之內(nèi)。
4.按權(quán)利要求1所述的手持終端，其特征在于，所述姿態(tài)傳感器為加速度計(jì)。
5.按權(quán)利要求1所述的手持終端，其特征在于，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)為全球系統(tǒng)。
6.按權(quán)利要求1所述的手持終端，其特征在于，所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)為區(qū)域系統(tǒng)。
7.按權(quán)利要求1所述的手持終端，其特征在于，所述手持終端能夠接收一種或多種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)。
8.一種如權(quán)利要求1的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的手持終端的對(duì)中和調(diào)平方法，包括以下步驟: 接收操作者設(shè)定的所述衛(wèi)星天線允許的俯仰角和橫滾角閾值，或者接收操作者設(shè)定的光點(diǎn)的最大允許偏移誤差、以及天線相位中心和地面的距離； 從所述激光指示器發(fā)射激光束到地面以形成光點(diǎn)； 利用所述攝像頭拍攝包含被測(cè)點(diǎn)和所述光點(diǎn)的圖像； 在所述顯示屏上顯示所述圖像，以供使用者將所述光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)所述被測(cè)點(diǎn)； 利用所述姿態(tài)傳感器測(cè)量所述衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角； 在所述主控制板中判斷所述衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角是否在所述閾值規(guī)定的范圍內(nèi)；以及 向操作者反饋所述衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角是否在所述閾值規(guī)定的范圍內(nèi)。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過所述顯示屏向操作者反饋所述衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角是否在所述閾值規(guī)定的范圍內(nèi)。
10.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，通過所述手持終端的揚(yáng)聲器向操作者反饋所述衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角是否在所述閾值規(guī)定的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種不需使用對(duì)中桿的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的手持終端及其對(duì)中和調(diào)平方法，該手持終端包括一殼體，在殼體正面布置有一顯示屏，在殼體上布置有一衛(wèi)星天線。在殼體背面布置有一激光指示器和一攝像頭，激光指示器用于發(fā)出光束到地面形成光點(diǎn)，攝像頭用于拍攝包括被測(cè)點(diǎn)和光點(diǎn)的圖像。并且，在殼體內(nèi)布置一姿態(tài)傳感器，用于感測(cè)衛(wèi)星天線的俯仰角和橫滾角。顯示屏、激光指示器、攝像頭、以及姿態(tài)傳感器連接到布置于殼體內(nèi)的一主控制板。
文檔編號(hào)G01C1/00GK103091684SQ201110338960
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者胡華, 俞江虹, 郁宏偉, 韓友東, 李慶武, 姚剛, 劉峻寧, 畢勤 申請(qǐng)人:上海伽利略導(dǎo)航有限公司