首页 / 专利分类库 / 测时学 / 一种高精度定位装置及其定位方法

一种高精度定位装置及其定位方法

申请号 CN202310751147.3 申请日 2023-06-25 公开(公告)号 CN117028753A 公开(公告)日 2023-11-10
申请人 国网山西省电力公司长治供电公司; 发明人 宋宁宁; 张宇红; 宋晓雨; 何强; 原殊皓; 连垚杰; 赵春涛; 陈永强; 许明; 马津; 宋治; 孙睿;
摘要 本 发明 涉及光纤授时 信号 定位 技术领域,公开了一种高 精度 定位装置及其定位方法,包括两个 基座 ,两个基座的顶端垂直固定安装有立柱,两个立柱的顶端垂直固定安装有顶座,两个顶座的顶端均垂直固定安装有两个固定座,两个固定座相向一侧固定安装安装座,两个立柱的外 侧壁 固定安装伺服 电机 ,两个并列的安装座之间设置有光纤授时 传感器 ,两个光纤授时传感器之间设置有定位 控制器 ,定位控制器与两个光纤授时传感器信号连接,在监测点部署两个垂直反射面,来反射两个光纤授时传感器的信号,注意两个光纤授时传感器发射的光纤授时信号要垂直与两个反射面,从而两个光纤授时传感器与垂直反射面的距离L和L就是光纤授时信号实际走过的路程。
权利要求

1.一种高精度定位装置,包括两个基座(1),两个所述基座(1)的顶端垂直固定安装有立柱(2),两个所述立柱(2)的顶端垂直固定安装有顶座(3),两个所述顶座(3)的顶端均垂直固定安装有两个固定座(4),两个所述固定座(4)相向一侧固定安装安装座(5),其特征在于,两个所述立柱(2)的外侧壁固定安装伺服电机(6),两个并列的所述安装座(5)之间设置有光纤授时传感器(7),两个所述光纤授时传感器(7)之间设置有定位控制器(8),所述定位控制器(8)与两个光纤授时传感器(7)信号连接,两个所述光纤授时传感器(7)均信号连接有延迟器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种高精度定位装置,其特征在于,所述基座(1)的下底四个边处均安装万向轮(11),四个所述万向轮(11)规格一致且同时与地面滚动接触,所述基座(1)的顶端贯穿下底开设有安装腔,所述安装腔的四个内腔壁中心位置均垂直固定安装有底座(12),四个所述底座(12)以及立柱(2)下底共同滑动插入有挤压定位(26)。
3.根据权利要求2所述的一种高精度定位装置,其特征在于,所述立柱(2)的底端所述立柱(2)内转动安装蜗轮(21)和蜗杆(22),所述蜗轮(21)和蜗杆(22)啮合安装,所述蜗轮(21)的下底圆心位置垂直固定连接有螺纹轴(23),所述螺纹轴(23)的外轴壁螺纹套装有螺纹筒(24),所述螺纹筒(24)的下底和挤压定位块(26)之间垂直固定安装有若干连接杆(25),所述蜗轮(21)的顶端圆心位置垂直固定连接有转动轴(27)。
4.根据权利要求3所述的一种高精度定位装置,其特征在于,所述顶座(3)内转动安装齿轮(31),所述转动轴(27)的顶端转动贯穿伸入至顶座(3)内,且垂直固定安装在齿轮(31)的下底圆心位置,所述齿轮(31)的外环壁啮合安装两个齿条(32),两个所述齿条(32)关于顶座(3)呈中心对称分布,两个所述齿条(32)相远离一端均固定连接拉绳(33),所述顶座(3)内转动安装两个第一定滑轮(34),两个所述连接拉绳(33)分别绕过对应的第一定滑轮(34)并伸入至对应的固定座(4)内。
5.根据权利要求4所述的一种高精度定位装置,其特征在于,两个所述安装座(5)两相对内侧壁均开设有收纳槽(51),两个所述收纳槽(51)内均相适配的设置有挤压块(52),两个所述安装座(5)内均安装有弹簧(53)和第二定滑轮(54),两个所述弹簧(53)相向一端分别垂直固定安装在对应挤压块(52)相远离一侧的中心位置,两个所述弹簧(53)另一端均设置有第二定滑轮(54),两个所述拉绳(33)远离对应齿条(32)一端分别绕过对应的第二定滑轮(54),并从对应弹簧(53)内穿过,且最终固定连接在对应挤压块(52)一侧中心位置,两个所述挤压块(52)分别抵触在光纤授时传感器(7)两相对外侧壁。
6.根据权利要求5所述的一种高精度定位装置,其特征在于,两个所述立柱(2)一侧均固定安装驱动座(61),所述蜗杆(22)转动安装在驱动座(61)内,所述驱动座(61)一端固定安装伺服电机(6),所述伺服电机(6)的输出端与蜗杆(22)固定连接。
7.一种高精度定位方法,其特征在于,首先设置监测点110,在监测点110部署两个垂直反射面,来反射两个光纤授时传感器(7)的信号,注意两个光纤授时传感器(7)发射的光纤授时信号要垂直与两个反射面,从而两个光纤授时传感器(7)与垂直反射面的距离L1和L2就是光纤授时信号实际走过的路程。
8.根据权利要求7所述的一种高精度定位方法,其特征在于,本发明所述基于光纤授时信号的高精度定位方法如下:
核心算法是:定位控制器(8)驱动第一个光纤授时传感器(7)测量出其与监测点110的距离L1,驱动第二个光纤授时传感器(7)测量出其与监测点110的距离L2,这里可以认为声速Vs对于L1和L2是一样的,得到测量仪1的信号传输时间是: T1=L1/Vs
同理得到T2=L2/Vs
如果T1>T2,那么延迟器1的值为0,延迟器2的值为T1‑T2;
如果T1使用2个延迟器来实现,如果使用超前/延迟器件,只需要部署一个;
经过上述的设定,可以实现光纤授时传感器1和光纤授时传感器2到达监测点的时间是一致的,定位控制器可以设置时钟源,按照测量频次的要求通过2个测量仪对监测点进行测量,得到L1’和L2’,已知光纤授时传感器1的坐标是(x1,y1),光纤授时传感器2的坐标是(x2,y2),待测监测点110的位置是(x,y),那么就有:

解上述方程就可以得到(x,y),也就是监测点的实时坐标。

说明书全文

一种高精度定位装置及其定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤授时信号定位技术领域,具体为一种高精度定位装置及其定位方法。

背景技术

[0002] 国内清华大学和中国计量院联合进行了光纤时频传递技术的早期研究,并进行了试验验证,该研究只得到了频率传递的结果。2003年前后,中国科学院国家授时中心通过光纤传递时间信息,分析了利用光纤信道或者扩频技术实现纳秒级时间同步精度的可能性,论证了单纤闭环时间频率信号同时传输方案,并于2010年在100km 光纤上完成了实验验证。上海交通大学通过改造后的IRIG-B协议编码传输时间信号,实现了100km 光纤链路标准差小于27ps的指标。北京大学对基于激光器的稳定光频率传输展开了深入研究,通过直接调节锁模激光器光脉冲相位的方式补偿光纤链路的相位抖动,于2012年 在22km 传 输 链 路 上 达 到 了3.7×10-14/s的稳定度。上述的研究基本都是频率传递技术的研究,没有实现最重要的高精度时间传递;现阶段光频原子钟的不准确度已经达到了10‑18量级,而基于卫星的频率同步手段最多能达到10‑15/day的量级。考虑到光纤链路这一信息传输通道具有抗电磁干扰、传输损耗小等优点,比卫星通信利用的自由空间电磁波通道更加理想。基于光纤链路的时间和频率信号的传输与同步研究得到了国内外多家计量科研机构的重视和投入;
与卫星上的TWSTFT方法相比,光纤上的时间双向传递比对不用考虑卫星转发、多径效应、几何路径不对称、电离层对流层扰动等因素的影响,但也要面对一些光纤链路中出现的新问题。比如两站所使用的激光器波长和偏振的不同会造成传输路径不对称;加入光学器件后,系统的标定难度也会比纯电子微波器件的标定难度更大;光学器件在面对温度波动磁场变化等外界扰动时也可能更易受影响;卫星传输中的Sagnac效应在光纤传输时依然存在等。
[0003] 这里要说明的是如果使用业界常见的方法如光纤授时传感器1和2同时发射信号来对监测点110定位,那么由于监测点110时常处于运动之中,而L1和L2往往不相等,由此两个检测仪的信号不能同时到达监测点110,从而对监测点110的测量就不准确,另外就是为了确保光纤授时传感器发射的光纤授时信号始终要垂直与两个反射面,当监测点110移动后就需要光纤授时传感器同步调整度,但传统的光纤授时信号距离测试仪调整安装调试步骤复杂,降低了整体测距效率。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种高精度定位装置及其定位方法,以解决了背景技术中所提到技术问题。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现:一种高精度定位装置,包括两个基座,两个所述基座的顶端垂直固定安装有立柱,两个所述立柱的顶端垂直固定安装有顶座,两个所述顶座的顶端均垂直固定安装有两个固定座,两个所述固定座相向一侧固定安装安装座,两个所述立柱的外侧壁固定安装伺服电机,两个并列的所述固定座之间设置有光纤授时传感器,两个所述光纤授时传感器之间设置有定位控制器,所述定位控制器与两个光纤授时传感器信号连接,两个所述光纤授时传感器均信号连接有延迟器。
[0006] 作为本发明进一步的方案:所述基座的下底四个边角处均安装万向轮,四个所述万向轮规格一致且同时与地面滚动接触,所述基座的顶端贯穿下底开设有安装腔,所述安装腔的四个内腔壁中心位置均垂直固定安装有底座,四个所述底座以及立柱下底共同滑动插入有挤压定位
[0007] 作为本发明进一步的方案:所述立柱的底端所述立柱内转动安装蜗轮和蜗杆,所述蜗轮和蜗杆啮合安装,所述蜗轮的下底圆心位置垂直固定连接有螺纹轴,所述螺纹轴的外轴壁螺纹套装有螺纹筒,所述螺纹筒的下底和挤压定位块之间垂直固定安装有若干连接杆,所述蜗轮的顶端圆心位置垂直固定连接有转动轴。
[0008] 作为本发明进一步的方案:所述顶座内转动安装齿轮,所述转动轴的顶端转动贯穿伸入至顶座内,且垂直固定安装在齿轮的下底圆心位置,所述齿轮的外环壁啮合安装两个齿条,两个所述齿条关于顶座呈中心对称分布,两个所述齿条相远离一端均固定连接拉绳,所述顶座内转动安装两个第一定滑轮,两个所述连接拉绳分别绕过对应的第一定滑轮并伸入至对应的固定座内。
[0009] 作为本发明进一步的方案:两个所述安装座两相对内侧壁均开设有收纳槽,两个所述收纳槽内均相适配的设置有挤压块,两个所述安装座内均安装有弹簧和第二定滑轮,两个所述弹簧相向一端分别垂直固定安装在对应挤压块相远离一侧的中心位置,两个所述弹簧另一端均设置有第二定滑轮,两个所述拉绳远离对应齿条一端分别绕过对应的第二定滑轮,并从对应弹簧内穿过,且最终固定连接在对应挤压块一侧中心位置,两个所述挤压块分别抵触在光纤授时传感器两相对外侧壁。
[0010] 一种高精度定位方法,首先设置监测点,在监测点部署两个垂直反射面,来反射两个光纤授时传感器的信号,注意两个光纤授时传感器发射的光纤授时信号要垂直与两个反射面,从而两个光纤授时传感器与垂直反射面的距离L和L就是光纤授时信号实际走过的路程;作为本发明进一步的方案:本发明所述基于光纤授时信号的高精度定位方法如下:
核心算法是:定位控制器驱动第一个光纤授时传感器测量出其与监测点110的距离L1,驱动第二个光纤授时传感器测量出其与监测点110的距离L2,这里可以认为声速Vs对于L1和L2是一样的,于是得到测量仪1的信号传输时间是: T1=L1/Vs
同理得到T2=L2/Vs
如果T1>T2,那么延迟器1的值为0,延迟器2的值为T1‑T2;
如果T1这里使用2个延迟器来实现,是因为延迟器实现较为容易,也是业界常见的技术,如果使用超前/延迟器件,那么只需要部署一个;
经过上述的设定,可以实现光纤授时传感器1和光纤授时传感器2到达监测点的时间是一致的。定位控制器可以设置时钟源,按照测量频次的要求通过2个测量仪对监测点进行测量,得到L1’和L2’。已知光纤授时传感器1的坐标是(x1,y1),光纤授时传感器2的坐标是(x2,y2),待测监测点110的位置是(x,y),那么就有:
[0011] 解上述方程就可以得到(x,y),也就是监测点的实时坐标。解方程的方式很多,常见的是迭代法,这里不再赘述;按你的处理流程或程序的流程图进行描述即可,主要应当体现出各步骤在时间上的先后次序。
[0012] 本发明的有益效果:首先,通过启动伺服电机带动蜗杆旋转,进而带动蜗轮旋转,也就通过转动轴带动齿轮旋转,进而同时带动两个齿条旋转,通过拉绳分别拉动对应的弹簧收缩并将对应挤压块收缩回收纳槽内,再将光纤授时传感器放置在安装座上,并通过反向启动伺服电机,最终释放拉绳,也就使得弹簧恢复形状并推动对应挤压块挤压在光纤授时传感器的两侧,快速完成光纤授时传感器的安装固定,与此同时,蜗轮的旋转也会带动螺纹轴旋转,进而使得螺纹筒下降高度,最终推动挤压定位块向下位移直至与地面相抵触,本发明具有减少操作步骤,提高整体测距效率的特点;
其次,采用本发明所述方法和装置,与现有技术相比,解决了监测点高精度定位时监测点如果处于移动之中,需要源信号同时到达监测点的难题,提高监测点的定位精确度。
附图说明
[0013] 为了便于本领域技术人员理解,下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0014] 图1为本发明整体结构示意图;图2为本发明光纤授时传感器安装结构示意图;
图3为本发明图2的正面剖视结构示意图;
图4为本发明的图3的A处放大结构示意图;
图5为本发明的高精度定位方法示意图。
[0015] 图中:1、基座;11、万向轮;12、底座;110、监测点;
2、立柱;21、蜗轮;22、蜗杆;23、螺纹轴;24、螺纹筒;25、连接杆;26、挤压定位块;
27、转动轴;
3、顶座;31、齿轮;32、齿条;33、拉绳;34、第一定滑轮;
4、固定座;
5、安装座;51、收纳槽;52、挤压块;53、弹簧;54、第二定滑轮;
6、伺服电机;61、驱动座;
7、光纤授时传感器;
8、定位控制器;
9、延迟器。

具体实施方式

[0016] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0017] 如图1‑5所示,一种高精度定位装置,包括两个基座1,两个基座1的顶端垂直固定安装有立柱2,两个立柱2的顶端垂直固定安装有顶座3,两个顶座3的顶端均垂直固定安装有两个固定座4,两个固定座4相向一侧固定安装安装座5,两个立柱2的外侧壁固定安装伺服电机6,两个并列的安装座5之间设置有光纤授时传感器7,两个光纤授时传感器7之间设置有定位控制器8,定位控制器8与两个光纤授时传感器7信号连接,两个光纤授时传感器7均信号连接有延迟器9,延迟器9能够延长定位控制器8给光纤授时传感器7发送启动指令的时间,进而能够在定位控制器8的统一控制下,实现两个与监测点110不同距离的两个光纤授时传感器7所发射的光纤授时信号能够同时到达监测点110,本发明引入了定位控制器8,延迟器9,来控制光纤授时传感器7的工作,实现对监测点110的精确定位;如图1‑2所示,尤为特别的是,基座1的下底四个边角处均安装万向轮11,四个万向轮11规格一致且同时与地面滚动接触,确保能够支撑整个装置,使得光纤授时传感器7安装平稳,基座1的顶端贯穿下底开设有安装腔,安装腔的四个内腔壁中心位置均垂直固定安装有底座12,四个底座12以及立柱2下底共同滑动插入有挤压定位块26,挤压定位块26呈十字形设计,立柱2的底端立柱2内转动安装蜗轮21和蜗杆22,蜗轮21和蜗杆22啮合安装,蜗轮21和蜗杆22传动具有单向性,能够确保最终挤压定位块26与地面抵触有效,不会松动,蜗轮21的下底圆心位置垂直固定连接有螺纹轴23,螺纹轴23的外轴壁螺纹套装有螺纹筒24,螺纹筒24的下底和挤压定位块26之间垂直固定安装有若干连接杆25,蜗轮21的顶端圆心位置垂直固定连接有转动轴27;
如图3‑4所示,尤为特别的是,顶座3内转动安装齿轮31,转动轴27的顶端转动贯穿伸入至顶座3内,且垂直固定安装在齿轮31的下底圆心位置,齿轮31的外环壁啮合安装两个齿条32,两个齿条32关于顶座3呈中心对称分布,两个齿条32相远离一端均固定连接拉绳
33,顶座3内转动安装两个第一定滑轮34,帮助拉绳33第一次转向,避免滑动磨损导致拉绳
33断裂,两个连接拉绳33分别绕过对应的第一定滑轮34并伸入至对应的固定座4内,两个安装座5两相对内侧壁均开设有收纳槽51,两个收纳槽51内均相适配的设置有挤压块52,两个安装座5内均安装有弹簧53和第二定滑轮54,帮助拉绳33第二次转向,避免滑动磨损导致拉绳33断裂,两个弹簧53相向一端分别垂直固定安装在对应挤压块52相远离一侧的中心位置,两个弹簧53另一端均设置有第二定滑轮54,两个拉绳33远离对应齿条32一端分别绕过对应的第二定滑轮54,并从对应弹簧53内穿过,且最终固定连接在对应挤压块52一侧中心位置,两个挤压块52分别抵触在光纤授时传感器7两相对外侧壁,光纤授时传感器7可以随时从安装座5上拆卸取下,方便充电维修等;
如图3所示,尤为特别的是,两个立柱2一侧均固定安装驱动座61,蜗杆22转动安装在驱动座61内,驱动座61一端固定安装伺服电机6,伺服电机6的输出端与蜗杆22固定连接,伺服电机6也被定位控制器8集中控制调节;
一种高精度定位方法,首先设置监测点110,在110点部署两个垂直反射面,来反射两个光纤授时传感器7的信号,注意两个光纤授时传感器7发射的光纤授时信号要垂直与两个反射面,从而两个光纤授时传感器7与垂直反射面的距离L1和L2就是光纤授时信号实际走过的路程;
如图5所示,尤为特别的是,本发明基于光纤授时信号的高精度定位方法如下:
核心算法是:定位控制器8驱动第一个光纤授时传感器7测量出其与监测点110的距离L1,驱动第二个光纤授时传感器7测量出其与监测点110的距离L2,这里可以认为声速Vs对于L1和L2是一样的,于是得到测量仪1的信号传输时间是: T1=L1/Vs
同理得到T2=L2/Vs
如果T1>T2,那么延迟器1的值为0,延迟器2的值为T1‑T2;
如果T1这里使用2个延迟器来实现,是因为延迟器实现较为容易,也是业界常见的技术,如果使用超前/延迟器件,那么只需要部署一个;
经过上述的设定,可以实现光纤授时传感器1和光纤授时传感器2到达监测点的时间是一致的,定位控制器可以设置时钟源,按照测量频次的要求通过2个测量仪对监测点进行测量,得到L1’和L2’,已知光纤授时传感器1的坐标是(x1,y1),光纤授时传感器2的坐标是(x2,y2),待测监测点110的位置是(x,y),那么就有:
[0018] 解上述方程就可以得到(x,y),也就是监测点的实时坐标,解方程的方式很多,常见的是牛顿迭代法,这里不再赘述;按你的处理流程或程序的流程图进行描述即可,主要应当体现出各步骤在时间上的先后次序。
[0019] 安装步骤:第一步,首先通过启动伺服电机6带动蜗杆22旋转,进而带动蜗轮21旋转,也就通过转动轴27带动齿轮31旋转,进而同时带动两个齿条32旋转,通过拉绳33分别拉动对应的弹簧53收缩挤压形变并将对应挤压块52收缩回收纳槽51内,再将光纤授时传感器7放置在安装座5上;
第二步,再反向启动伺服电机6,最终释放拉绳33,也就使得弹簧53恢复形状并推动对应挤压块52挤压在光纤授时传感器7的两侧,快速完成光纤授时传感器7的安装固定,与此同时,蜗轮21的旋转也会带动螺纹轴23旋转,进而使得螺纹筒24下降高度(通过说明书附图三可以知晓,螺纹筒24是升降滑动安装在立柱2内腔中,因此被迫限制无法旋转只能升降),最终推动挤压定位块26向下位移直至与地面相抵触,由于挤压定位块26的下降高度与挤压块52对光纤授时传感器7的挤压是同步进行,因此具有安装步骤少,提高测距定位效率的特点;
第三步,再通过底部的万向轮11移动分布位置并旋转光纤授时传感器7的光纤授时信号发射角度,最终使得光纤授时传感器7发射的光纤授时信号始终垂直与监测点110的两个反射面。
[0020] 以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
QQ群二维码
意见反馈