GNSS手持终端及其对中整平方法和数据采集方法

摘要

本发明提供一种GNSS手持终端及其对中整平方法和数据采集方法，该GNSS手持终端包括：壳体、卫星天线、主控制板、显示屏和摄像装置；所述卫星天线、主控制板安装在所述壳体内部，所述显示屏安装在所述壳体正面，所述摄像装置安装在所述壳体背面并且布置于所述卫星天线的相位中心的底部；所述卫星天线、显示屏和所述摄像装置都与所述主控制板连接；所述摄像装置用于拍摄被测地物的图像；所述主控制板用于将所述摄像装置拍摄的图像显示在所述显示屏上。本发明的GNSS手持终端不需要依赖激光辅助设备，显著减少了终端的设计复杂度，减少了终端成本，相对于传统技术的激光对中整平，其地物与天线对中的精度更高，也提高了GNSS手持终端对卫星数据的采集精度。

权利要求

1.一种GNSS手持终端，其特征在于，包括：壳体、卫星天线、主控制板、显示屏和摄像装置；

所述卫星天线、主控制板安装在所述壳体内部，所述显示屏安装在所述壳体正面，所述摄像装置安装在所述壳体背面并且布置于所述卫星天线的相位中心的底部；所述卫星天线、显示屏和所述摄像装置都与所述主控制板连接；

所述摄像装置用于拍摄被测地物的图像；所述主控制板用于将所述摄像装置拍摄的图像显示在所述显示屏上，其中，所述显示屏的中心点为所述摄像装置拍摄的图像的取景中心点；

还包括姿态传感器，所述姿态传感器安装在所述卫星天线的底部，与所述卫星天线所在的水平面平行；所述姿态传感器与所述主控制板连接，用于检测卫星天线的姿态信息并发送给所述主控制器；所述姿态传感器包括加速度传感器和磁力传感器。

2.根据权利要求1所述的GNSS手持终端，其特征在于，所述摄像装置的轴线所在的铅垂线经过所述卫星天线的相位中心。

3.根据权利要求1所述的GNSS手持终端，其特征在于，所述姿态信息包括所述卫星天线的横滚角、俯仰角和航向角。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的GNSS手持终端的对中整平方法，其特征在于，包括如下步骤：所述摄像装置拍摄被测地物的图像；

所述主控制板接收所述图像并在所述显示屏上显示，根据所述GNSS手持终端的调整，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；

所述主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，在所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，根据所述GNSS手持终端的调整，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合。

5.一种如权利要求1至3任一项所述的GNSS手持终端的数据采集方法，其特征在于，包括如下步骤：所述摄像装置拍摄被测地物的图像；

所述主控制板接收所述图像并在所述显示屏上显示，根据所述GNSS手持终端的调整，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；

所述主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，在所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，根据所述GNSS手持终端的调整，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合；

所述主控制板在所述GNSS手持终端的电子气泡处于所述显示屏上的中心点后，通过所述卫星天线接收卫星信号，并根据所述卫星信号获得坐标信息并显示。

6.根据权利要求5所述的GNSS手持终端的数据采集方法，其特征在于，在所述主控制板在所述GNSS手持终端的电子气泡处于所述显示屏上的中心点后，通过所述卫星天线接收卫星信号，并根据所述卫星信号获得坐标信息并显示的步骤之前，还包括步骤：若所述卫星天线的姿态信息超过预设的卫星天线的允许误差范围，则生成重新对中整平的告警通知。

说明书

GNSS手持终端及其对中整平方法和数据采集方法

技术领域

[0001] 本发明涉及全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)特别是涉及一种GNSS手持终端，一种GNSS手持终端的对中整平方法，以及一种GNSS手持终端的数据采集方法。

背景技术

[0002] 传统GNSS手持机提供的定位精度不高，而为获得更高的定位精度，传统技术通常采用差分GPS技术：根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。GNSS手持终端在接收卫星信息的同时，也通过网络接收到基准站发出的改正数(差分数据)，对进行被测目标点的位置信息精度进行改正，从而提高定位精度，实现高精度GNSS手持终端。

[0003] 随着GPS主板厂商技术的发展，GNSS手持终端的GPS精度越来越高，可达到厘米级精度。为了精确采集被测点的位置信息，必须使天线相位中心的投影点与被测点重合，即天线相位中心对被测点对中；为了使GNSS主板获取尽可能多的卫星数据，需要保持天线为水平状态。传统的高精度GNSS手持终端在高精度应用中，诸如放样、采点的时候，通常使用传统的对中杆方式进行GNSS天线相位中心对被测目标点对中，使用物理气泡整平GNSS天线，其涉及的物理配件较多，测量过程复杂，一个人难以完成任务。

[0004] 改进型的GNSS手持终端在天线相位中心下安装红外激光，在终端下安装摄像头，使摄像头的影像包含激光点影像，通过使激光点影像和被测点影像重合实现天线相位中心对所测目标点的对中功能，并使用电子水平仪进行整平，摒弃对中杆和物理气泡。

[0005] 改进型的GNSS手持终使用激光等辅助设备的方式进行天线相位中心的对中，激光在户外使用时，若户外的光强较大，激光点在影像上变得模糊，难以分辨，对中整平精度较差；红外激光等设备增加了设计复杂度，并且增加了机 身的重量和成本。

发明内容

[0006] 基于此，有必要针对上述GNSS手持终端设计复杂成本高，以及其对中整平精度差的问题，提供一种GNSS手持终端、一种GNSS手持终端的对中整平方法，以及一种GNSS手持终端的数据采集方法。

[0007] 一种GNSS手持终端，包括：壳体、卫星天线、主控制板、显示屏和摄像装置；

[0008] 所述卫星天线、主控制板安装在所述壳体内部，所述显示屏安装在所述壳体正面，所述摄像装置安装在所述壳体背面并且布置于所述卫星天线的相位中心的底部；所述卫星天线、显示屏和所述摄像装置都与所述主控制板连接；

[0009] 所述摄像装置用于拍摄被测地物的图像；所述主控制板用于将所述摄像装置拍摄的图像显示在所述显示屏上，其中，所述显示屏的中心点为所述摄像装置拍摄的图像的取景中心点。

[0010] 一种GNSS手持终端的对中整平方法，包括如下步骤：

[0011] 所述摄像装置拍摄被测地物的图像；

[0012] 所述主控制板接收所述图像并在所述显示屏上显示，根据所述GNSS手持终端的调整，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；

[0013] 所述主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，在所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，根据所述GNSS手持终端的调整，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合。

[0014] 一种GNSS手持终端的数据采集方法，包括如下步骤：

[0015] 所述摄像装置拍摄包含被测地物的图像；

[0016] 所述主控制板接收所述图像并在所述显示屏上显示，根据所述GNSS手持终端的调整，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；

[0017] 所述主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，在所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，根据所述GNSS手持终端的调整，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合；

[0018] 所述主控制板在所述GNSS手持终端的电子气泡处于所述显示屏上的中心点后，通过所述卫星天线接收卫星信号，并根据所述卫星信号获得坐标信息并显示。

[0019] 上述GNSS手持终端，其包括摄像装置，摄像装置安装于所述卫星天线的相位中心点的底部，主控制板将所述摄像装置拍摄的图像显示在所述显示屏上，所述显示屏的中心点为所述摄像装置拍摄的图像的取景中心点，使用者可调整所述GNSS手持终端，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；本发明的GNSS手持终端相对于传统技术，不需要依赖激光辅助设备，显著减少了终端的设计复杂度，减少了终端成本。

[0020] 上述GNSS手持终端对中整平及数据采集方法，主控制板接收摄像装置拍摄的图像并在所述显示屏上显示，使用者调整所述GNSS手持终端，可将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合；该对中整平过程快速、步骤简单，相对于传统技术的激光对中整平，其地物与天线对中的精度更高，也提高了GNSS手持终端对卫星数据的采集精度。

附图说明

[0021] 图1为本发明GNSS手持终端在一实施例中的结构示意图。

[0022] 图2为本发明GNSS手持终端在一实施例中的电路结构示意图。

[0023] 图3为本发明GNSS手持终端的对中整平方法在一实施例中的流程示意图。

[0024] 图4为图3中显示屏的示意图。

[0025] 图5为本发明GNSS手持终端的数据采集方法在一实施例中的流程示意图。

[0026] 图6为图5中GNSS手持终端的另一电路结构示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

[0028] 实施例一、

[0029] 本发明实施例涉及GNSS手持终端，GNSS是指全球导航卫星系统，泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。国际GNSS系统是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统。GNSS手持终端可以是专用于卫星导航的设备，也可以是集成了卫星导航功能的多功能设备。

[0030] 结合图1和图2，图1是本发明实施例GNSS手持终端的结构示意图，图2是本发明实施例GNSS手持终端的电路结构示意图，包括：壳体(未示出)、卫星天线101、主控制板100、显示屏103和摄像装置102；

[0031] 所述卫星天线101、主控制板100安装在所述壳体内部，所述显示屏103安装在所述壳体正面，所述摄像装置102安装在所述壳体背面并且布置于所述卫星天线101的相位中心的底部；所述卫星天线101、显示屏103和所述摄像装置102都与所述主控制板100连接；

[0032] 所述摄像装置102用于拍摄被测地物P的图像；所述主控制板100用于将所述摄像装置102拍摄的图像显示在所述显示屏103上，其中，所述显示屏103的中心点为所述摄像装置102拍摄的图像的取景中心点；

[0033] 卫星天线101是GNSS手持终端的重要组成部分，GNSS手持终端通过卫星天线获取卫星信号及相关数据信息；天线相位中心，是指远区辐射场的等相位面与通过天线轴线的平面相交的曲线的曲率中心，从物理现象上解释，就是天线辐射电磁波等效的辐射源中心，每个卫星天线具有确定的相位中心。

[0034] 本实施例的手持终端可包括一壳体，卫星天线101内置在壳体中，卫星天线101具有确定的相位中心；摄像装置102，安装于卫星天线101底部，需位于卫星天线101的相位中心的底部，摄像装置102在进行拍摄时，摄像装置102可拍摄被测地物的图像，将拍摄的画面通过主控制板100输出到显示屏103中；显示屏103上可标识其中心点，所述显示屏103的中心点为所述摄像装置102 拍摄的图像的取景中心点；调整GNSS手持终端，摄像装置102的拍摄画面发生变化，显示屏103上的中心点将能够指示手持终端是否处在所希望的被测点。

[0035] 本实施例的主控制器可采用嵌入式微处理器，可搭载Android等多种操作系统；显示屏可为大屏高清液晶屏或多点触摸屏，实现良好的人机交互功能。

[0036] 在一较佳实施例中，所述摄像装置102的轴线所在的铅垂线经过所述卫星天线101的相位中心O，则摄像装置102拍摄画面的取景中心点与相位中心O可处于同一铅垂线；通过显示屏103上显示的拍摄画面，以及显示屏103上标识的中心点，能够指示手持终端移动到被测地物P处于显示屏103上中心点位置，使得卫星天线101的相位中心O在被测点所在水平面上的投影和被测点能重合，实现终端的对中过程，提高终端的对中精度。

[0037] 在一较佳实施例中，本实施例的GNSS手持终端还可包括姿态传感器104，所述姿态传感器104安装在所述卫星天线101的底部，与所述卫星天线101所在的水平面平行；所述姿态传感器104与所述主控制板100连接，用于检测卫星天线101的姿态信息并发送给所述主控制板100；

[0038] 姿态传感器104和卫星天线101的位置要保持相对固定，没有相对运动，可将姿态传感器104安装在所述卫星天线101的底部，并且需与所述卫星天线101所在的水平面平行；

[0039] 在本发明实施例中，姿态传感器104可为加速度传感器和磁力传感器；获取的卫星天线的姿态信息可包括所述卫星天线的横滚角、俯仰角和航向角。

[0040] 本实施例的GNSS手持终端的坐标系可如下表示：定义卫星天线101的右、前、上三个方向构成右手系，原点为卫星天线101相位中心O，X轴平行于卫星天线平面指向前方，Y轴平行于卫星天线101平面指向右侧，Z轴和X轴、Y轴一起构成右手系，定义俯仰角为GNSS手持终端绕Y轴旋转的角度，横滚角为GNSS手持终端绕X轴旋转的角度，航向角为GNSS手持终端绕向上的轴旋转角度。

[0041] 本实施例的GNSS手持终端，其包括摄像装置，摄像装置安装于所述卫星天线的相位中心点的底部，主控制板将所述摄像装置拍摄的图像显示在所述显示屏上，所述显示屏的中心点为所述摄像装置拍摄的图像的取景中心点，使用 者可调整所述GNSS手持终端，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；本发明的GNSS手持终端相对于传统技术，不需要依赖激光等辅助设备，显著减少了终端的设计复杂度，减少了终端成本。

[0042] 实施例二、

[0043] 如图3所示，本实施例是以GNSS手持终端的对中整平方法为例进行说明，该对中整平方法可包括如下步骤：

[0044] S31、所述摄像装置拍摄被测地物的图像；

[0045] S32、所述主控制板接收所述图像并在所述显示屏上显示，根据所述GNSS手持终端的调整，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；

[0046] S33、所述主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，在所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，根据所述GNSS手持终端的调整，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合；

[0047] 本实施例中，摄像装置拍摄被测地物的图像，通过主控制板显示在显示屏上，在进行对中时，使用者可调整GNSS手持终端，使摄像装置移动，显示屏上显示摄像装置的取景画面，使用者观察显示屏，可看到被测地物的位置；而显示屏上标识了其中心点，使用者调整GNSS手持终端使得被测地物处于中心点位置，从而实现对中；

[0048] 为了保证卫星天线能够均匀接收不同方向和高度的卫星信号，还需要调整卫星天线平面和水平面平行，即进行整平过程；在对中后，即所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，进一步调整所述GNSS手持终端，如图4所示，是本实施例中显示屏的示意图，主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡I并显示在所述显示屏上，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点Q重合；主控制板根据所述卫星的姿态信息生成了电子气泡I并显示在所述显示屏上，使得电子气泡I移动，处于显示屏的中心点Q位置，从而实现整平。

[0049] 本实施例的GNSS手持终端的对中整平方法，GNSS手持终端对中整平及数据采集方法，主控制板接收摄像装置拍摄的图像并在所述显示屏上显示，使用者调整所述GNSS手持终端，可将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上 的中心点重合；该对中整平过程快速、步骤简单，相对于传统技术的激光对中整平，其地物与天线对中的精度更高。

[0050] 实施例三、

[0051] 如图5所示，本实施例是以GNSS手持终端的数据采集方法为例进行说明，该数据采集方法可包括如下步骤：

[0052] S31、所述摄像装置拍摄被测地物的图像；

[0053] S32、所述主控制板接收所述图像并在所述显示屏上显示，根据所述GNSS手持终端的调整，将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；

[0054] S33、所述主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，在所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，根据所述GNSS手持终端的调整，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合；

[0055] S54、所述主控制板在所述GNSS手持终端的电子气泡处于所述显示屏上的中心点后，通过所述卫星天线接收卫星信号，并根据所述卫星信号获得坐标信息并显示；

[0056] 本实施例中，摄像装置拍摄被测地物的图像，通过主控制板显示在显示屏上，在进行对中时，使用者可调整GNSS手持终端，使摄像装置移动，显示屏上显示摄像装置的取景画面，使用者观察显示屏，可看到被测地物的位置；而显示屏上标识了其中心点，使用者调整GNSS手持终端使得被测地物处于中心点位置，从而实现对中；

[0057] 为了保证卫星天线能够均匀接收不同方向和高度的卫星信号，还需要调整卫星天线平面和水平面平行，即进行整平过程；在对中后，即所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合后，进一步调整所述GNSS手持终端，主控制板根据所述卫星的姿态信息生成了电子气泡并显示在所述显示屏上，使得电子气泡移动，处于显示屏的中心点位置，从而实现整平；

[0058] 在整平对中后，GNSS手持终端则开始进行卫星天线定位数据的采集和记录。

[0059] 在一较佳实施例中，在所述主控制板在所述GNSS手持终端的电子气泡处 于所述显示屏上的中心点后，通过所述卫星天线接收所述卫星信号，并根据所述卫星信号获得坐标信息并显示的步骤之前，还可包括步骤：

[0060] 若所述卫星天线的姿态信息超过预设的卫星天线的允许误差范围，则生成重新对中整平的告警通知；

[0061] 在本实施例中，通过判断姿态信息是否超过预设的允许误差范围，其本质是控制对中整平的精度；卫星天线的允许误差范围包括卫星天线的横滚角、俯仰角和航向角的误差阈值，在GNSS手持终端的姿态满足阈值规定时，才进一步执行数据采集的步骤；若不满足，则生成重新对中整平的告警通知；该告警通知可通过面板指示灯、声音提示、显示屏界面提示等多种形式来实现，以提高数据采集的精度。

[0062] 如图6所示，本实施例的GNSS手持终端还包括与主控制板连接的无线网络模块和GNSS模块，其中，无线网络模块用于通过网络连接基站，获得高精度差分改正数据，并通过串口向主控制板发送，该差分数据可用于主控制板修正坐标误差，以获得高精度的坐标数据。

[0063] 本实施例的GNSS手持终端数据采集方法，主控制板接收摄像装置拍摄的图像并在所述显示屏上显示，使用者调整所述GNSS手持终端，可将所述图像中的所述被测地物与所述显示屏上的中心点重合；主控制板根据所述姿态信息生成电子气泡并显示在所述显示屏上，使所述GNSS手持终端的电子气泡与所述显示屏上的中心点重合；该对中整平过程快速、步骤简单，相对于传统技术的激光对中整平，其地物与天线对中的精度更高，也提高了卫星数据的采集精度。

[0064] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。