一种光电经纬仪的交会方法及相关设备与流程

1.本技术实施例涉及光电产品应用技术领域，尤其涉及一种基于变权重最小二乘法的多台光电经纬仪交会方法。


背景技术：

2.光电经纬仪是一种用于精密测角的光电望远镜，能够实现被测目标的图像、测量时刻的方位角和俯仰角的同步实时记录。它主要用于静止和运动目标的跟踪观测，在航天发射场具有较为广泛的应用。理论上，采用两台不同光电经纬仪的观测数据，就可以交会出观测目标的空间位置，常见两台光电经纬仪交会算法主要有：水平投影法、垂直投影法和最短距离法。
3.在发射场光学实际跟踪观测中，为确保万无一失，通常采用3台以上光电经纬仪同时跟踪观测空间试验目标，择优选取其中2组观测据进行交会。若试验中某台光电经纬仪出现丢失观测目标时，即可选取其他台光电经纬仪观测数据进行交会补偿，从而提高了观测的稳定性、可靠性、连续性。
4.但是，上述传统光电经纬仪观测方法存在明显不足。例如，多数情况下，发射场试验需要得到3台以上光电经纬仪的观测数据，但由于传统光电经纬仪的交会观测算法的限制，只能择优选取其中2台观测数据进行处理，数据冗余度大，观测数据的利用率和交会精度都比较低。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种光电经纬仪的交会方法及相关设备，用于提高观测精度和观测数据利用率。
6.本技术实施例第一方面提供了一种光电经纬仪的交会方法，包括：
7.获取光电经纬仪的初始观测权重及观测数据；
8.根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点；
9.对所述初始交会点及所述观测数据进行计算，以获取目标观测距离；
10.对所述目标观测距离进行计算以获取目标观测权重；
11.根据所述目标观测权重及所述观测数据确定实时交会点，以根据所述实时交会点对观测精度进行仿真验证。
12.本技术实施例提供了一种光电经纬仪的交会方法，通过引入观测权重系数，提出了交会点至各光电经纬仪观测直线的距离反馈权重自适应的优化方法，提高了观测精度和观测数据利用率。
13.本技术实施例第二方面提供了一种光电经纬仪的交会方法，包括：
14.获取光电经纬仪的初始观测权重及观测数据；
15.根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点；
16.对所述初始交会点及所述观测数据进行计算，以获取目标观测距离；
17.对所述目标观测距离进行计算以获取目标观测权重；
18.根据所述目标观测权重及所述观测数据确定实时交会点，以根据所述实时交会点对观测精度进行仿真验证。
19.可选地，所述观测数据包括所述光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点之前，所述方法还包括：
20.获取加权距离和函数dw(x)及单位方向向量vi，
[0021][0022]
vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
；其中，所述x为以向量形式表达的所述初始交会点，所述wi为第i台所述光电经纬仪的所述初始观测权重，所述x
t
为所述x的转置，所述vi为所述空间坐标点与所述目标观测点之间基于所述观测方位角和所述观测俯仰角的所述单位方向向量，所述为所述vi的转置，所述oi为所述空间坐标点，所述为所述oi的转置，所述i为单位矩阵，所述ei为所述观测俯仰角，所述ai为所述观测方位角；
[0023]
对所述加权距离和函数的两侧进行求导，以获取加权距离和的求导函数其中，所述为所述dw(x)的导函数，所述为所述x的导函数。
[0024]
可选地，根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点包括：
[0025]
当所述加权距离和函数的导函数为零时，将当前时刻的初始观测权重、所述空间坐标点及所述单位方向向量代入所述加权距离和函数的导函数进行计算，以获取当前时刻的初始交会点
[0026]
其中，所述xk为当前时刻tk的以向量形式表达的所述初始交会点，所述w
ik
为当前时刻tk的所述初始观测权重，所述k为自然数。
[0027]
可选地，所述观测数据包括所述光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，对所述初始交会点及所述观测数据进行计算，以获取目标观测距离包括：
[0028]
将所述观测方位角及所述观测俯仰角代入单位方向向量表达式vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
进行计算，以获取单位方向向量；其中，所述ei为所述观测俯仰角，所述ai为所述观测方位角，所述vi为所述空间坐标点与所述目标观测点之间基于所述观测方位角和所述观测俯仰角的所述单位方向向量；
[0029]
将当前时刻的所述初始交会点、所述空间坐标点及所述单位方向向量代入观测距离计算式进行计算，以获取所述目标观测距离；
[0030]
其中，所述d
ik
为当前时刻tk的所述初始交会点到所述空间坐标点的所述目标观测距离，所述xk为当前时刻tk的所述初始交会点，所述oi为所述空间坐标点，所述为所述oi的转置，所述i为单位矩阵，所述为所述vi的转置，所述k为自然数。
[0031]
可选地，对所述目标观测距离进行计算以获取目标观测权重包括：
[0032]
将当前时刻的所述目标观测距离代入观测权重计算式进行计算，以获取当前时刻的下一时刻的所述目标观测权重；
[0033]
其中，所述w
i(k 1)
为下一时刻t
k 1
的所述目标观测权重，所述d
ik
为当前时刻tk的所述目标观测距离，所述k为自然数。
[0034]
可选地，所述观测数据包括所述光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，根据所述目标观测权重及所述观测数据确定实时交会点包括：
[0035]
将所述观测方位角及所述观测俯仰角代入单位方向向量表达式
[0036]
vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
进行计算，以获取单位方向向量；其中，所述ei为所述观测俯仰角，所述ai为所述观测方位角，所述vi为所述空间坐标点与所述目标观测点之间基于所述观测方位角和所述观测俯仰角的所述单位方向向量；
[0037]
将当前时刻的下一时刻的所述目标观测权重、所述单位方向向量及所述空间坐标点代入交会坐标计算式进行计算，以获取所述实时交会点；
[0038]
其中，所述x
k 1
为下一时刻t
k 1
的以向量形式表达的所述实时交会点，所述w
i(k 1)
为下一时刻t
k 1
的所述目标观测权重，所述k为自然数，所述oi为所述空间坐标点，所述为所述vi的转置。
[0039]
可选地，根据所述目标观测权重及所述观测数据确定实时交会点之后，所述方法还包括：
[0040]
输出所述初始交会点，以根据所述初始交会点对所述观测精度进行仿真验证。
[0041]
可选地，对所述目标观测距离进行计算以获取目标观测权重之后，所述方法还包括：
[0042]
将所述目标观测权重设置为所述初始观测权重，并执行所述根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点的步骤。
[0043]
可选地，根据所述目标观测权重及所述观测数据确定实时交会点之后，所述方法还包括：
[0044]
输出所述实时交会点。
[0045]
本技术实施例提供了一种光电经纬仪的交会方法，通过建立观测数学模型，求得空间中一点至各光电经纬仪方向矢量所在直线距离平方和，根据最小二乘法求得距离平方和的最小值，认为该点为多台光电经纬仪最佳交会点，进而得到交会观测结果，并加以权重优化。针对权重设置，提出基于交会点至各台光电经纬仪观测直线的距离负反馈权重自适应的优化方法，提高了观测精度和观测数据利用率。
[0046]
本技术实施例第三方面提供了一种光电经纬仪的交会系统，包括：
[0047]
获取单元，用于获取光电经纬仪的初始观测权重及观测数据；
[0048]
所述获取单元，还用于根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点；
[0049]
计算单元，用于对所述初始交会点及所述观测数据进行计算，以获取目标观测距离；
[0050]
所述计算单元，还用于对所述目标观测距离进行计算以获取目标观测权重；
[0051]
确定单元，根据所述目标观测权重及所述观测数据确定实时交会点，以根据所述实时交会点对观测精度进行仿真验证。
[0052]
本技术实施例第三方面提供的一种光电经纬仪的交会系统用于执行第一方面所述的方法。
[0053]
本技术实施例第四方面提供了一种光电经纬仪的交会系统，包括：
[0054]
获取单元，用于获取光电经纬仪的初始观测权重及观测数据；
[0055]
所述获取单元，还用于根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点；
[0056]
计算单元，用于对所述初始交会点及所述观测数据进行计算，以获取目标观测距离；
[0057]
所述计算单元，还用于对所述目标观测距离进行计算以获取目标观测权重；
[0058]
确定单元，根据所述目标观测权重及所述观测数据确定实时交会点，以根据所述实时交会点对观测精度进行仿真验证。
[0059]
可选地，所述观测数据包括所述光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，所述系统还包括求导单元。
[0060]
所述获取单元，还用于获取加权距离和函数dw(x)及单位方向向量vi，
[0061][0062]
vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
；其中，所述x为以向量形式表达的所述初始交会点，所述wi为第i台所述光电经纬仪的所述初始观测权重，所述x
t
为所述x的转置，所述vi为所述空间坐标点与所述目标观测点之间基于所述观测方位角和所述观测俯仰角的所述单位方向向量，所述为所述vi的转置，所述oi为所述空间坐标点，所述为所述oi的转置，所述i为单位矩阵，所述ei为所述观测俯仰角，所述ai为所述观测方位角；
[0063]
所述求导单元，用于对所述加权距离和函数的两侧进行求导，以获取加权距离和的求导函数其中，所述为所述dw(x)的导函数，所述为所述x的导函数。
[0064]
可选地，
[0065]
所述计算单元，具体用于当所述加权距离和函数的导函数为零时，将当前时刻的初始观测权重、所述空间坐标点及所述单位方向向量代入所述加权距离和函数的导函数进行计算，以获取当前时刻的初始交会点
[0066][0067]
其中，所述xk为当前时刻tk的以向量形式表达的所述初始交会点，所述w
ik
为当前时刻tk的所述初始观测权重，所述k为自然数。
[0068]
可选地，所述观测数据包括所述光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，
[0069]
所述计算单元，具体用于将所述观测方位角及所述观测俯仰角代入单位方向向量
表达式vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
进行计算，以获取单位方向向量；其中，所述ei为所述观测俯仰角，所述ai为所述观测方位角，所述vi为所述空间坐标点与所述目标观测点之间基于所述观测方位角和所述观测俯仰角的所述单位方向向量；
[0070]
所述计算单元，具体用于将当前时刻的所述初始交会点、所述空间坐标点及所述单位方向向量代入观测距离计算式进行计算，以获取所述目标观测距离；
[0071]
其中，所述d
ik
为当前时刻tk的所述初始交会点到所述空间坐标点的所述目标观测距离，所述xk为当前时刻tk的所述初始交会点，所述oi为所述空间坐标点，所述为所述oi的转置，所述i为单位矩阵，所述为所述vi的转置，所述k为自然数。
[0072]
可选地，
[0073]
所述计算单元，具体用于将当前时刻的所述目标观测距离代入观测权重计算式进行计算，以获取当前时刻的下一时刻的所述目标观测权重；
[0074]
其中，所述w
i(k 1)
为下一时刻t
k 1
的所述目标观测权重，所述d
ik
为当前时刻tk的所述目标观测距离，所述k为自然数。
[0075]
可选地，所述观测数据包括所述光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，
[0076]
所述计算单元，具体用于将所述观测方位角及所述观测俯仰角代入单位方向向量表达式vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
进行计算，以获取单位方向向量；其中，所述ei为所述观测俯仰角，所述ai为所述观测方位角，所述vi为所述空间坐标点与所述目标观测点之间基于所述观测方位角和所述观测俯仰角的所述单位方向向量；
[0077]
所述计算单元，具体用于将当前时刻的下一时刻的所述目标观测权重、所述单位方向向量及所述空间坐标点代入交会坐标计算式进行计算，以获取所述实时交会点；
[0078]
其中，所述x
k 1
为下一时刻t
k 1
的以向量形式表达的所述实时交会点，所述w
i(k 1)
为下一时刻t
k 1
的所述目标观测权重，所述k为自然数，所述oi为所述空间坐标点，所述为所述vi的转置。
[0079]
可选地，所述系统还包括输出单元。
[0080]
所述输出单元，用于输出所述初始交会点，以根据所述初始交会点对所述观测精度进行仿真验证。
[0081]
可选地，所述系统还包括设置单元。
[0082]
所述设置单元，用于将所述目标观测权重设置为所述初始观测权重，并执行所述根据所述初始观测权重及所述观测数据获取初始交会点的步骤。
[0083]
可选地，
[0084]
所述输出单元，还用于输出所述实时交会点。
[0085]
本技术实施例第四方面提供的一种光电经纬仪的交会系统用于执行第二方面所
述的方法。
[0086]
本技术实施例第五方面提供了一种光电经纬仪的交会装置，包括：
[0087]
中央处理器，存储器，输入输出接口，有线或无线网络接口以及电源；
[0088]
所述存储器为短暂存储存储器或持久存储存储器；
[0089]
所述中央处理器配置为与所述存储器通信，并执行所述存储器中的指令操作以执行第一方面或第二方面所述的方法。
[0090]
本技术实施例第六方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第二方面所述的方法。
[0091]
从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：本技术实施例提供了一种光电经纬仪的交会方法，通过求得空间中一点至光电经纬仪方向矢量的距离，获取交会点，进而得到交会观测结果，并加以权重优化，然后根据权重系数调整交会点，从而获取到最佳交会点，提高了观测精度和观测数据利用率。
附图说明
[0092]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0093]
图1为本技术实施例公开的一种传统两台光电经纬仪最短距离法空间示意图；
[0094]
图2为本技术实施例公开的一种基于最小二乘法多台光电经纬仪空间示意图；
[0095]
图3为本技术实施例公开的一种光电经纬仪的交会方法的流程示意图；
[0096]
图4为本技术实施例公开的另一种光电经纬仪的交会方法的流程示意图；
[0097]
图5为本技术实施例公开的一种多台光电经纬仪观测空间示意图；
[0098]
图6为本技术实施例公开的一种交会方法观测结果方差对比图；
[0099]
图7为本技术实施例公开的一种光电经纬仪的交会系统的结构示意图；
[0100]
图8为本技术实施例公开的另一种光电经纬仪的交会系统的结构示意图；
[0101]
图9为本技术实施例公开的一种光电经纬仪的交会装置的结构示意图。
具体实施方式
[0102]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0103]
光电经纬仪是一种用于精密测角的光电望远镜，能够实现被测目标的图像、测量时刻的方位角和俯仰角的同步实时记录。同时，它主要用于静止和运动目标的跟踪观测，在航天发射场具有较为广泛的应用。理论上，采用两台不同光电经纬仪的观测数据，就可以交会出观测目标的空间位置，常见两台光电经纬仪交会算法主要有：水平投影法、垂直投影法和最短距离法。在发射场光学实际跟踪观测中，为确保万无一失，通常采用3台以上光电经纬仪同时跟踪观测空间试验目标，择优选取其中2组观测据进行交会。若试验中某台光电经
纬仪出现丢失观测目标时，即可选取其他台光电经纬仪观测数据进行交会补偿，从而提高了观测的稳定性、可靠性、连续性。
[0104]
上述传统光电经纬仪观测方法存在明显不足：多数情况下，发射场试验均得到3台以上光电经纬仪的观测数据，但由于传统两两台交会算法的限制，只能择优选取其中2台观测数据进行处理，数据冗余度大，观测数据的利用率和交会精度都比较低。
[0105]
由此，本技术实施例针对上述问题，提出了一种光电经纬仪的交会方法及相关设备。通过建立观测数学模型，求得空间中一点至各观测台光电经纬仪方向矢量所在直线距离平方和，根据最小二乘法求得距离平方和的最小值，认为该点为多台光电经纬仪最佳交会点，进而得到交会观测结果，并加以权重优化。针对权重设置，提出基于交会点至各台光电经纬仪观测直线的距离负反馈权重自适应的优化方法，提高了观测精度和观测数据利用率，并通过仿真实验验证了算法的测量精度。
[0106]
请参阅图1，图1为本技术实施例公开的一种传统两台光电经纬仪最短距离法空间示意图。
[0107]
具体的，目前发射场数据处理多采用传统最短距离法，即找到两条异面光轴射线的公垂线，公垂线中点即所求交会点m(x,y,z)
t
，公垂线与站台o1射向相交于点m1，与站台o2射向相交于点m2，om1线段长l1，om2线段长l2，空间交会示意如图1所示，则交会方程可表达为：
[0108][0109]
及
[0110][0111]
其中，m1的点坐标为m1(x
01
,y
01
,z
01
)，m2的点坐标为m2(x
02
,y
02
,z
02
)，a1，a2分别是对于m1点和m2点的观测方位角。e1，e2分别是对于m1点和m2点的观测俯仰角。
[0112]
那么就有，
[0113][0114]
其中，m1，m2，k仅仅是表述运算式中间的长公式，是可以没有数学和几何意义的，在公式(3)中主要看l1和l2，m1、m2和k为l1或l2中的一部分。
[0115]
还可以理解的是，公式(1)、公式(2)或公式(3)，具体的还可以以它们的等效公式
进行表示，本技术实施例并不对上述所有公式的等效公式进行限制，后续也不再对此进行赘述。
[0116]
不难理解的，公式(1)、公式(2)及公式(3)是传统两两交会的最短距离法，并不是最小二乘法，最短距离法是求解两条异面光轴射线的公垂线中点。
[0117]
图2为本技术实施例公开的一种基于最小二乘法多台光电经纬仪空间示意图。它是基于最小二乘法的多台光电经纬仪交会方法的数学建模。
[0118]
具体的，对多台光电经纬仪跟踪交会进行数学建模。假设共有n(n≥2)台光电经纬仪共同跟踪目标、并进行交会观测，各台经纬仪的观测结果相互独立，且各光电经纬仪方位、俯仰方向观测误差均是均值为0且互不相关的高斯白噪声，在同一发射系o-xyz下，光电经纬仪站台i的地面坐标系位置坐标为oi(xi,yi,zi)
t
，其对应观测方位角为ai，俯仰角为ei(i＝1,2
…
n)。
[0119]
需要理解的是，高斯白噪声(wgn，white gaussian noise)中的高斯是指概率分布是正态函数，而白噪声是指它的二阶矩不相关，一阶矩为常数，是指先后信号在时间上的相关性。如果一个噪声，它的幅度分布服从高斯分布，而它的功率谱密度又是均匀分布的，则称它为高斯白噪声。在本技术实施例中，高斯白噪声主要作为仿真实验过程中的误差，为方便理解，后续不再对高斯白噪声在本技术实施例中所起到的作用进行描述。
[0120]
根据数学模型，提出一种基于最小二乘法多台光电经纬仪交会方法。相对于经纬仪站点i，设其站点坐标至在其观测射向上理论点的距离为r，即r＝|oim|，则观测射向的向量vi及其单位方向向量vi可以表示为：
[0121][0122]
需要理解的是，观测射向可以理解为从设备到目标的连线的矢量表示，理论点就是理想中的观测点，实际测点由于系统误差、随机误差等各种因素，可能在理论点周围有所偏差。
[0123]
由经纬仪站点坐标oi和其观测射向的单位方向向量可以定义一条空间直线(oi,vi)，根据向量积的几何意义，空间中一点x＝(x,y,z)
t
到直线(oi,vi)的距离可以表示为：
[0124][0125]
对公式(5)两边取平方，根据向量四重积公式化简后可得：
[0126][0127]
其中，i为单位矩阵。设空间任一点x到n台经纬仪射向直线的距离和为d(x)，则
[0128][0129]
对公式(7)求导可得：
[0130]
[0131]
当公式(8)等于0时，d(x)有最小值，此时有
[0132][0133]
向量x＝(x,y,z)
t
即所求距n台经纬仪射向直线的距离和最小的交点。
[0134]
还可以理解的是，公式(4)至公式(9)中任一公式，具体的，还可以以它们的等效公式进行表示，本技术实施例并不对上述所有公式的等效公式进行限制，后续也不再对此进行赘述。
[0135]
下面，请参阅图3，图3为本技术实施例公开的一种光电经纬仪的交会方法的流程示意图。包括步骤301-步骤305。
[0136]
301、获取光电经纬仪的观测权重及观测数据。
[0137]
不难理解的，观测数据包括了第i台光电经纬仪的空间坐标点，以及其对应的观测方位角及俯仰角。
[0138]
获取光电经纬仪的观测权重及观测数据，可以先对所有n台光电经纬仪的观测权重根据实际情况进行调整，然后获取到观测数据，在实施例中，观测数据一般包括对应的第i台光电经纬仪的空间坐标点，其对应的观测方位角及俯仰角。
[0139]
具体的，由于在实际观测中，光电经纬仪存在伺服系统跟踪误差，此外受经纬仪内部光学结构设计、成像原理、基准时间同步误差以及所处外界环境(地理位置、与太阳的夹角和观测方向大气抖动、折射等)因素的影响，光电经纬仪观测同一目标时，其目标的观测精度不尽相同，在此可引出空间点x到n台经纬仪射向直线的加权距离和为dw(x)：
[0140][0141]
其中，wi为第i台光电经纬仪的观测权重，公式(10)的各类参数含义或求取过程可参阅图1或图2所描述的参数含义或过程，具体此处不做赘述，后续也不再对参数含义或过程进行赘述。具体的，公式(7)可看作wi均为1的特例，即所有n台经纬仪观测精度完全一致的情况。需要理解的是，其中wi为第i台经纬仪的观测权重,可根据实际情况进行调整。同理对公式(10)求导可得：
[0142][0143]
同理，当公式(11)等于0时，dw(x)有极值，不难理解的，该极值为dw(x)的最小值，此时，
[0144][0145]
302、根据观测权重及观测数据获取交会点。
[0146]
将所有n台光电经纬仪的观测权重的具体数值和对应的观测数据分别代入到公式(12)中，可以计算出最小的交会点。
[0147]
向量x＝(x,y,z)
t
，即为所求距n台经纬仪射向直线的加权距离和最小的交点。
[0148]
需要说明的是，步骤301-步骤302，是一种引入权重系数的最小二乘法多台光电经
纬仪交会方法的数学建模。
[0149]
还需要说明的是，公式(10)、公式(11)或公式(12)，具体的还可以以它们的等效公式进行表示，本技术实施例并不对上述所有公式的等效公式进行限制，后续也不再对此进行赘述。
[0150]
本实施例通过引入权重系数的最小二乘法，运用多台光电经纬仪交会方法进行数学建模，从而尽可能的减小观测误差。
[0151]
下面将在前述图3所示实施例的基础上，进一步详细地描述本技术实施例。为进一步提高观测精度，针对权重设置，提出一种交会点至各台光电经纬仪方向矢量所在直线距离负反馈权重自适应的优化方法。请参阅图4，图4为本技术实施例公开的另一种光电经纬仪的交会方法的流程示意图。包括步骤401-步骤406。
[0152]
401、获取光电经纬仪的初始观测权重及观测数据。
[0153]
在获取交会点之前，需要先获取到第i台光电经纬仪的初始观测权重及该光电经纬仪的观测数据，一般情况下，观测数据包括了该光电经纬仪的空间坐标点，及其对应的观测方位角和俯仰角，同时，还有真实观测点，即上述部分中所描述的目标观测点。
[0154]
具体的，首先进行t0时刻wi的初始化，即
[0155]
wi＝1公式(13)
[0156]
可以理解的是，t0时刻即为流程开始，为方便描述，将t0时刻定义为当前时刻tk，其中，k为自然数，当步骤开始时，k＝0。同时，根据公式(4)获取到该光电经纬仪的站点坐标至其观测射向上理论点的距离的单位方向向量vi，vi＝(cosei·
cosai,sinei,cosei·
sinai)
t
，其中对应的观测方位角为ai，俯仰角为ei(i＝1,2
…
n)。需要理解的是，该公式的各类参数含义或求取过程可参阅图1或图2所描述的参数含义或过程，具体此处不做赘述，后续也不再对参数含义或过程进行赘述。
[0157]
402、根据初始观测权重及观测数据获取初始交会点。
[0158]
具体的，结合当前时刻tk的wi(即上述部分中所描述的初始观测权重)和第i台光电经纬仪的观测数据(也可以是所有n台光电经纬仪的观测数据)，通过公式(10)至公式(12)，可以求得当前时刻tk的交会点xk。
[0159]
其中，其中，w
ik
即为当前时刻tk的观测权重，oi为第i台光电经纬仪的空间坐标点。需要理解的是，该公式的各类参数含义或求取过程可参阅图1或图2所描述的参数含义或过程，具体此处不做赘述，后续也不再对参数含义或过程进行赘述。
[0160]
需要理解的是，在本实施例中，时刻的时间一般以秒作为计时单位，例如当前时刻tk可以为开始时间第0秒，那么下一时刻t
k 1
可以为第1秒。不难理解的是，对于当前时刻或下一时刻或其它时刻的所描述的具体数值，仅为其中一个实施例，具体的，还可以以其它时间作为计算周期，此处不对计算周期的具体数值做限定，后续也不再对此进行赘述。
[0161]
可以理解的是，当获取到当前时刻tk的交会点xk后，会输出以向量形式表达的交会点xk输出，从而让进行实验仿真的系统收集到该数据，并以此进行交会方法精度验证。
[0162]
还可以理解的是，也可以不在步骤402中将当前时刻tk的交会点xk输出，不难理解的，还可以在步骤402后中的任一步骤输出，具体此处不做限定。
[0163]
403、对初始交会点及观测数据进行计算。
[0164]
对初始交会点及观测数据进行计算，以获取目标观测距离。
[0165]
具体的，当获取到当前时刻tk的交会点xk后，可以根据公式(5)和公式(6)求得当前时刻tk的交会点xk到各光电经纬仪的观测直线(oi,vi)的距离d
ik
，在本实施例中，目标观测距离为初始交会点到各光电经纬仪观测射向距离，即d
ik
。
[0166]
其中的vi即为第i台光电经纬仪的站点坐标至其观测射向上理论点的距离的单位方向向量，为vi的转置，oi为第i台光电经纬仪的空间坐标点。
[0167]
404、对目标观测距离进行计算以获取目标观测权重。若进行循环，可执行步骤402。
[0168]
当获取到观测距离d
ik
后，即上述部分中所描述的目标观测距离，结合当前时刻tk交会点到各台观测直线(oi,vi)的距离d
ik
，对w
i(k 1)
进行归一化设置作为下一时刻t
k 1
的观测权重。
[0169]
具体的，将当前时刻tk的目标观测距离d
ik
代入观测权重计算式进行计算，以获取下一时刻t
k 1
的目标观测权重w
i(k 1)
。其中，观测权重计算式为：
[0170][0171]
对应的，当获取到下一时刻t
k 1
的目标观测权重w
i(k 1)
后，可以执行循环指令，具体的，将该目标观测权重w
i(k 1)
作为初始观测权重，并将w
i(k 1)
的值代入到步骤402中的公式进行计算，此时，根据公式(12)可知，
[0172]
对应的，
[0173][0174]
也就是说，不难理解的，当获取到下一时刻t
k 1
的观测距离后，t
k 2
时刻的观测权重则为
[0175]
需要说明的，该循环步骤只需要在获取当前时刻tk的观测距离d
ik
即可执行，也就是说，得到当前时刻tk的观测距离d
ik
后，就可以根据公式(14)获取到下一时刻t
k 1
的观测权重，从而循环获取到交会点x
k 1
，x
k 2
...x
k p
，其中p为自然数，换言之，可以理解为实验观测次数。
[0176]
405、根据目标观测权重及观测数据确定实时交会点。
[0177]
当获取到下一时刻t
k 1
的目标观测权重w
i(k 1)
后，可以得到交会结果向量x
k 1
，即上述部分所描述的实时交会点。此时，根据公式(12)可知，
[0178]
[0179]
406、输出实时交会点。
[0180]
当获取到实时交会点后，会将所有的交会点进行输出。需要说明的是，在步骤402后，也可以直接输出交会点，此处并不对输出交会点的步骤做限定。
[0181]
具体的，输出各观测时刻的交会结果向量xk，x
k 1
...x
k p
，即多台空间交会的最优解。
[0182]
需要说明的是，上述描述中的所有i(k p)不能理解为i
×
(k p)，该理解方式应该为第i台光电经纬仪在时刻k p下的对应数值，例如，w
i(k 1)
在本实施例中，即为第i台光电经纬仪在时刻t
k 1
下的观测权重。
[0183]
还需要说明的是，公式(13)或公式(14)，具体的还可以以它们的等效公式进行表示，本技术实施例并不对上述所有公式的等效公式进行限制，后续也不再对此进行赘述。
[0184]
本实施例提供了一种光电经纬仪的交会方法，通过求得空间中一点至光电经纬仪方向矢量的距离，获取交会点，进而得到交会观测结果，并加以权重优化，然后根据权重系数调整交会点，从而获取到最佳交会点，提高了观测精度和观测数据利用率。
[0185]
还需要说明的是，该权重设置方法，依据上一时刻交会点至各台光电经纬仪方向矢量所在直线距离负反馈，计算简单，具有实时性好、精度高的优点。
[0186]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0187]
若方案涉及敏感信息(如用户信息、企业信息)，则应当说明针对敏感信息的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的法律法规和标准，且需要在相应主体(如用户或企业等)许可或同意的情况下进行。
[0188]
为方便理解，请参阅图5，图5为本技术实施例公开的一种多台光电经纬仪观测空间示意图。
[0189]
具体的，建立数学模型发射坐标系o-xyz，原点o在发射点，x轴指向正北，y轴为发射点铅垂线反方向，z轴指向正东。现有4台光电经纬仪共同观测空间点m，多台光电经纬仪观测空间布局如图5所示。各台经纬仪的观测结果相互独立，且各光电经纬仪方位、俯仰方向观测误差均是均值为0且互不相关的高斯白噪声。
[0190]
请参阅图6，图6为本技术实施例公开的一种交会方法观测结果方差对比图。
[0191]
具体的，将图5中4台光电经纬仪的空间坐标点和各光电经纬仪方位、俯仰方向观测误差分别设置为：
[0192][0193]
4台光电经纬仪共同观测空间点m坐标为(0,500,0)。共做10组实验，每组实验共观测5000次，每组数据采用不同交会方法进行交会，交会结果与m点坐标进行比较，求得各交会方法的观测方差。10组实验数据方差结果如表2所示(表2中首列中ij站台交会表示采用站台oi、oj观测数据采用传统两两最短距离方法进行交会，也就是在图2中所描述的步骤，1234表示4台观测数据采用图3中的方法进行交会，1234_w_d表示4台观测数据采用图4中的方法进行交会，各交会方法观测结果方差对比如图6所示。
[0194][0195]
实验结果表明：基于变权重最小二乘法的多台光电经纬仪交会方法能够较大程度提高观测精度和数据利用率。
[0196]
需要理解的是，在进行实验仿真之前，是需要先确定一个真实观测点的，即上述部分中所述的目标观测点，然后运用不同的交会方法，将得到的交会点与该真实观测点进行比较，从而得到对应的观测方差。
[0197]
可以理解的是，该实验仿真结果仅为其中一个通过交会方法精度验证的实施例，通过设置不同的实验参数，可以得到不同的实验仿真结果，此处不对实验参数进行限制。
[0198]
由此，可以看出，本技术实施例通过提出一种基础最小二乘法的多台光电经纬仪交会方法，能够实现多台观测结果同时交会，提高了数据利用率。同时，也在新交会方法数学模型中，引入权重，使方法更加实用化，进一步提高方法观测精度和可控性。而且，提出的基于交会点至各台光电经纬仪方向矢量所在直线距离负反馈权重自适应，能够有效抑制观测噪声，进一步提高交会观测精度和可移植性。
[0199]
上面对本技术实施例中的一种光电经纬仪的交会方法进行了描述，下面对本技术实施例中的一种光电经纬仪的交会系统的结构进行描述，请参阅图7，一种光电经纬仪的交会系统的结构包括：
[0200]
获取单元701，用于获取光电经纬仪的初始观测权重及观测数据；
[0201]
获取单元701，还用于根据初始观测权重及观测数据获取初始交会点；
[0202]
计算单元702，用于对初始交会点及观测数据进行计算，以获取目标观测距离；
[0203]
计算单元702，还用于对目标观测距离进行计算以获取目标观测权重；
[0204]
确定单元703，根据目标观测权重及观测数据确定实时交会点，以根据实时交会点对观测精度进行仿真验证。
[0205]
本实施例提供了一种光电经纬仪的交会系统，通过引入观测权重系数，提出了交会点至各光电经纬仪观测直线的距离反馈权重自适应的优化系统，提高了观测精度和观测数据利用率。
[0206]
下面对本技术实施例中的一种光电经纬仪的交会系统的结构进行详细描述，请参阅图8，本技术实施例公开的另一种光电经纬仪的交会系统结构包括：
[0207]
获取单元801，用于获取光电经纬仪的初始观测权重及观测数据；
[0208]
获取单元801，还用于根据初始观测权重及观测数据获取初始交会点；
[0209]
计算单元802，用于对初始交会点及观测数据进行计算，以获取目标观测距离；
[0210]
计算单元802，还用于对目标观测距离进行计算以获取目标观测权重；
[0211]
确定单元803，根据目标观测权重及观测数据确定实时交会点，以根据实时交会点对观测精度进行仿真验证。
[0212]
示例性地，观测数据包括光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，系统还包括求导单元804。
[0213]
获取单元801，还用于获取加权距离和函数dw(x)及单位方向向量vi，
[0214][0215]
vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
；其中，x为以向量形式表达的初始交会点，wi为第i台光电经纬仪的初始观测权重，x
t
为x的转置，vi为空间坐标点与目标观测点之间基于观测方位角和观测俯仰角的单位方向向量，为vi的转置，oi为空间坐标点，为oi的转置，i为单位矩阵，ei为观测俯仰角，ai为观测方位角；
[0216]
求导单元804，用于对加权距离和函数的两侧进行求导，以获取加权距离和的求导函数其中，为dw(x)的导函数，为x的导函数。
[0217]
示例性地，
[0218]
计算单元802，具体用于当加权距离和函数的导函数为零时，将当前时刻的初始观测权重、空间坐标点及单位方向向量代入加权距离和函数的导函数进行计算，以获取当前时刻的初始交会点
[0219][0220]
其中，xk为当前时刻tk的以向量形式表达的初始交会点，w
ik
为当前时刻tk的初始观测权重，k为自然数。
[0221]
示例性地，观测数据包括光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，
[0222]
计算单元802，具体用于将观测方位角及观测俯仰角代入单位方向向量表达式vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
进行计算，以获取单位方向向量；其中，ei为观测俯仰角，ai为观测方位角，vi为空间坐标点与目标观测点之间基于观测方位角和观测俯仰角的单位方向向量；
[0223]
计算单元802，具体用于将当前时刻的初始交会点、空间坐标点及单位方向向量代入观测距离计算式进行计算，以获取目标观测距离；
[0224]
其中，d
ik
为当前时刻tk的初始交会点到空间坐标点的目标观测距离，xk为当前时刻tk的初始交会点，oi为空间坐标点，为oi的转置，i为单位矩阵，为vi的转置，k为自然数。
[0225]
示例性地，
[0226]
计算单元802，具体用于将当前时刻的目标观测距离代入观测权重计算式进行计算，以获取当前时刻的下一时刻的目标观测权重；
[0227]
其中，w
i(k 1)
为下一时刻t
k 1
的目标观测权重，d
ik
为当前时刻tk的目标观测距离，k为自然数。
[0228]
示例性地，观测数据包括光电经纬仪的空间坐标点、观测方位角、观测俯仰角及目标观测点，
[0229]
计算单元802，具体用于将观测方位角及观测俯仰角代入单位方向向量表达式vi＝(cosei·
cos ai,sin ei,cos ei·
sin ai)
t
进行计算，以获取单位方向向量；其中，ei为观测俯仰角，ai为观测方位角，vi为空间坐标点与目标观测点之间基于观测方位角和观测俯仰角的单位方向向量；
[0230]
计算单元802，具体用于将当前时刻的下一时刻的目标观测权重、单位方向向量及空间坐标点代入交会坐标计算式进行计算，以获取实时交会点；
[0231]
其中，x
k 1
为下一时刻t
k 1
的以向量形式表达的实时交会点，w
i(k 1)
为下一时刻t
k 1
的目标观测权重，k为自然数，oi为空间坐标点，为vi的转置。
[0232]
示例性地，系统还包括输出单元805。
[0233]
输出单元805，用于输出初始交会点，以根据初始交会点对观测精度进行仿真验证。
[0234]
示例性地，系统还包括设置单元806。
[0235]
设置单元806，用于将目标观测权重设置为初始观测权重，并执行根据初始观测权重及观测数据获取初始交会点的步骤。
[0236]
示例性地，
[0237]
输出单元805，还用于输出实时交会点。
[0238]
本实施例提供了一种光电经纬仪的交会系统，通过建立观测数学模型，求得空间中一点至各光电经纬仪方向矢量所在直线距离平方和，根据最小二乘法求得距离平方和的最小值，认为该点为多台光电经纬仪最佳交会点，进而得到交会观测结果，并加以权重优化。针对权重设置，提出基于交会点至各台光电经纬仪观测直线的距离负反馈权重自适应的优化系统，提高了观测精度和观测数据利用率。
[0239]
下面请参阅图9，本技术实施例公开的一种光电经纬仪的交会装置的结构示意图包括：
[0240]
中央处理器901，存储器905，输入输出接口904，有线或无线网络接口903以及电源902；
[0241]
存储器905为短暂存储存储器或持久存储存储器；
[0242]
中央处理器901配置为与存储器905通信，并执行存储器905中的指令操作以执行前述图3或图4所示实施例中的方法。
[0243]
本技术实施例还提供一种芯片系统，其特征在于，芯片系统包括至少一个处理器和通信接口，通信接口和至少一个处理器通过线路互联，至少一个处理器用于运行计算机程序或指令，以执行前述图5所示实施例中的方法。
[0244]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0245]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0246]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0247]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0248]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用
时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。