CN106443609B - 一种角度随动监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种角度随动监测系统及方法，本申请通过控制器、驱动检测器、步进电机、激光源及光电传感器的配合实现了偏移角度的自动测量，一键完成功能测试，便于单人操作，解决了自动化程度低、测试过程复杂的问题，适应部队高效作战需求；在每次测量结束后，通过回转使激光源发出的激光束对准第一阵列和第二阵列之间的位置，并且算法处于随动监测状态，当其中一个阵列接收到激光信号时可以直接启动系统进行角度测量，实现了角度的随动测量，测试工作全自动化，大幅提升测试效率；控制器提供系统远程控制接口，可实现系统的远程控制，避免了高功率微波辐射对测试人员身体的损害。

Description

一种角度随动监测系统及方法

技术领域

本发明涉及角度测量技术领域，具体涉及一种角度随动监测系统及方法。

背景技术

军用雷达干涉仪测向天线进行周期测向校准时需实时确定干涉仪天线阵面法平面与某个方向的偏移角度值，传统方式是采用全站仪人工确定该方位角度，其操作复杂，自动化程度低，部队战士使用困难，不能集成到干涉仪校准系统中，测试工作耗时较长，不适应当前高效的作战需求，同时高功率的微波辐射将损害测试人员身体健康。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种角度随动监测系统及方法，该装置可以很好地解决现有技术操作复杂、自动化程度低、不适应当前高效的作战需求、危害人体健康的问题。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种角度随动监测系统，包括：

激光源，用于产生激光信号；

步进电机，输出轴与激光源连接，用于带动激光源作水平圆周转动；

驱动检测器，根据接收到的脉冲驱动步进电机转动，检测和控制步进电机的转动角度和转速；

光电传感器，用于接收激光信号并将所述激光信号转化成电信号输出；

控制器，设有系统远程控制接口，分别连接激光源、驱动检测器及光电传感器，用于向激光源和驱动检测器发出控制指令，并接收处理驱动检测器和光电传感器返回的信号。

一种角度随动监测方法，包括以下步骤：

S1、起始时，激光源发出的激光束对准第一阵列和第二阵列之间的位置，限位部中点与第一阵列和第二阵列之间最短连线的中点构成第一向量，记录所述第一向量和限位部法平面之间的夹角为初始角度，此时算法实时监测光电传感器是否接收到激光信号，并可地对光电传感器的大距离移动做出反应，可以跟随光电传感器的移动并计算偏移角度，即算法处于随动监测状态；

S2、判断第一阵列是否接收到激光信号；

S3、如果否，算法处于随动监测状态；

S4、如果是，步进电机带动激光源朝第二阵列的方向水平匀速转动；(第一阵列和第二阵列的位置没有固定，这里要表述的是：检测到其中一个阵列接收到了激光信号，则步进电机朝向另一个阵列方向运动)

S5、第一阵列和第二阵列先后接收到激光信号，且当第二阵列接收到激光信号时，步进电机转动完当前步距角后停止，记录从随动监测状态至转动停止时步进电机转动的第一角度，计算得到第一阵列接收到激光信号时刻与第二阵列接收到激光信号时刻的第一时间差，以及第二阵列接收到激光信号时刻与步进电机停止转动时刻的第二时间差；

S6、步进电机反向匀速转动，第二阵列和第一阵列先后接收到激光信号，且当第一阵列接收到激光信号时，步进电机转动完当前步距角后停止，记录停止时步进电机反向转动的第二角度；计算得到步进电机反向转动起始时刻与反向转动时第二阵列接收到激光信号时刻的第三时间差，反向转动时第二阵列接收到激光信号时刻与反向转动时第一阵列接收到激光信号时刻的第四时间差，以及反向转动时第一阵列接收到激光信号时刻与步进电机反向转动停止时刻的第五时间差；

S7、判断第一时间差是否等于第四时间差，且第二时间差是否等于第三时间差；

S8、若第一时间差不等于第四时间差，或第二时间差不等于第三时间差，步进电机带动激光源朝第二阵列的方向水平匀速转动，执行步骤S5；

S9、若第一时间差等于第四时间差，且第二时间差等于第三时间差，则根据所述初始角度、第一角度、第二角度、第三时间差、第四时间差及第五时间差计算得到偏移角度值；

S10、步进电机回转使激光源发出的激光束对准第一阵列和第二阵列之间的位置，算法回到随动监测状态，并更新初始角度为此时的偏移角度值。

该角度随动监测系统及方法具有的优点如下：

(1)通过控制器、驱动检测器、步进电机、激光源及光电传感器的配合实现了偏移角度的自动测量，一键完成功能测试，便于单人操作，解决了自动化程度低、测试过程复杂的问题，适应部队高效作战需求；

(2)在每次测量结束后，通过回转使激光源发出的激光束对准第一阵列和第二阵列之间的位置，并且算法处于随动监测状态，当其中一个阵列接收到激光信号时可以直接启动系统进行角度测量，实现了角度的随动测量，测试工作全自动化，大幅提升测试效率；

(3)控制器提供系统远程控制接口，可实现系统的远程控制，避免了高功率微波辐射对测试人员身体的损害。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请系统的结构示意图；

图2为本申请系统的连接示意图；

图3为本申请方法的流程图；

图4为本申请的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

本申请提供一种角度随动测量系统，如图1-2所示，包括：

激光源5，用于产生激光信号；

步进电机4，输出轴与激光源5连接，用于带动激光源5作水平圆周转动；

驱动检测器3，根据接收到的脉冲驱动步进电机4转动，检测和控制步进电机4的转动角度和转速；

光电传感器，用于接收激光信号并将所述激光信号转化成电信号输出；

控制器2，分别连接激光源5、驱动检测器3及光电传感器，用于向激光源5和驱动检测器3发出控制指令，并接收处理驱动检测器3和光电传感器返回的信号；设有系统远程控制接口21，可以通过该接口与干涉仪校准系统7连接，实现远程控制，并且可以将测量到的偏移角度值直接发送给干涉仪校准系统7，供干涉仪校准系统7使用。

进一步地，该角度自动测量系统还包括固定云台1，固定云台1包括限位部12和安装部13，限位部12与安装部13垂直设置，步进电机4、驱动检测器3及控制器2均安装在安装部13上，且激光源5的激光光束平行于安装部13。

进一步地，该安装部13设有用于检测安装部13是否处于水平状态的第一水准仪11。

进一步地，固定云台1设有标准的三脚架螺钉孔，使固定云台1可以安装于三角架上。

进一步地，光电传感器包括底座63、垂直设置在底座63上的激光接收阵列、设置在底座63内的信号处理器及电信号输出接口，信号处理器分别连接激光接收阵列和电信号输出接口。

进一步地，激光接收阵列包括接收面位于同一平面的第一阵列61和第二阵列62。

进一步地，底座63设置有用于确认底座是否水平的第二水准仪66。

进一步地，激光接收阵列为长条状。运用该系统进行角度测定时，激光源5和光电传感器必须保持同一水平高度，但是处于同一高度较难实现，为弥补外场条件限制，将光电传感器设计为竖立的长条状激光接收阵列。

进一步地，底座63上设置有定位稍65，本实施例中该定位稍65设置有2个，还可设置插座64，2个定位稍65和插座64使光电传感器固定于干涉仪校准系统7的远端设备上。

步进电机4存在步距角，即最小转动角度，转动一个步距角α时对应远端跨过一个步距值C，步距值C是激光源5与光电传感器之间的距离S的函数：

控制器向步进电机发出停止指令时，步进电机转动完当前步距角后才会停止，因此，步进电机反馈的角度值不能精确反映实际偏移角度，导致角度测试不够精确，本申请提供一种角度自动测量算法，通过该算法可以有效弥补该缺陷，获取精确的偏移角度值。

本申请提供一种基于两个激光阵列的角度随动监测方法，该方法在使用前，先进行以下准备工作：

将固定云台1通过三脚架螺钉孔安装于三角架上，然后使其限位部12与干涉仪天线阵面8贴合，且限位部12处于干涉仪天线阵面8中心位置，通过第一水准仪11确定安装部13处于水平状态；

将光电传感器通过定位稍65和插座64固定于干涉仪校准系统7的远端设备上，通过第二水准仪66确定底座63处于水平状态。

上述准备工作完成后，本系统开始测量，如图3-4所示，包括以下步骤：

S1、起始时，激光源5发出的激光束对准第一阵列61和第二阵列62之间的位置，该位置可以为第一阵列61和第二阵列62之间最短连线的中点，第一阵列61和第二阵列62的位置没有固定，这里要表述的是：检测到其中一个阵列接收到了激光信号，则步进电机4朝向另一个阵列方向运动；限位部12中点到第一阵列61和第二阵列62之间最短连线的中点构成第一向量，记录所述第一向量和限位部12法平面b之间的夹角为初始角度β₀，如果第一向量与限位部12的法平面b重合，则β₀＝0；此时算法实时监测光电传感器是否接收到激光信号，并可地对光电传感器的大距离移动做出反应，可以跟随光电传感器的移动并计算偏移角度，定义此种状态为随动监测状态；

S2、判断第一阵列61是否接收到激光信号；

S3、如果否，算法处于随动监测状态；

S4、如果是，步进电机4带动激光源5朝第二阵列62的方向水平匀速转动；即步进电机4转动的起始方向与光电传感器运动的方向相同；

S5、第一阵列61和第二阵列62先后接收到激光信号，且当第二阵列62接收到激光信号时，步进电机4转动完当前步距角后停止，记录从随动监测状态至转动停止时步进电机4转动的第一角度γ，计算得到第一阵列61接收到激光信号时刻与第二阵列62接收到激光信号时刻的第一时间差t_c，以及第二阵列62接收到激光信号时刻与步进电机4停止转动时刻的第二时间差t_p；

S6、步进电机4反向匀速转动，第二阵列62和第一阵列61先后接收到激光信号，且当第一阵列61接收到激光信号时，步进电机4转动完当前步距角后停止，记录停止时步进电机4反向转动的第二角度θ和反向转动最小步距角数N，其中θ＝N×α；计算得到步进电机4反向转动起始时刻与反向转动时第二阵列62接收到激光信号时刻的第三时间差t₃，反向转动时第二阵列62接收到激光信号时刻与反向转动时第一阵列61接收到激光信号时刻的第四时间差t₄，以及反向转动时第一阵列61接收到激光信号时刻与步进电机4反向转动停止时刻的第五时间差t₅；

S7、判断第一时间差t_c是否等于第四时间差t₄，且第二时间差t_p是否等于第三时间差t₃；

S8、若第一时间差t_c不等于第四时间差t₄，或第二时间差t_p不等于第三时间差t₃，则说明光电传感器还处于运动状态，此时步进电机4继续带动激光源5朝第二阵列62的方向水平匀速转动，执行步骤S5；

S9、若第一时间差t_c等于第四时间差t₄，且第二时间差t_p等于第三时间差t₃，说明光电传感器处于静止状态，则根据所述初始角度β₀、第一角度γ、第二角度θ、第三时间差t₃、第四时间差t₄及第五时间差t₅计算得到偏移角度值β；精确的偏移角度值β是指第二向量和限位部12法平面b之间的夹角，该第二向量为限位部12中点到此时第一阵列61和第二阵列62之间最短连线的中点构成的向量。

计算偏移角度值β的公式为：

定义步进电机4沿顺时针方向转动时记录的角度为正数，沿逆时针方向转动时记录的角度为负数，位于法平面b左边的初始角度β₀为负数，位于法平面b右边的初始角度β₀为正数。

举例说明以上定义：

如图4所示，初始时，光电传感器的位置为B1，初始角度β₀位于法平面b的右边，为正数；光电传感器从初始位置向右大距离移动，第一阵列61接收到激光信号，步进电机4带动激光源5顺时针转动；光电传感器运动到B2位置时静止，激光束先后扫过第一阵列61和第二阵列62后停止，此时记录的第一角度γ为正数；然后步进电机4带动激光源5反向转动，先后回扫过时记录的第二阵列62和第一阵列61后停止，此时记录的第二角度θ为负数。据此，偏移角度值β的公式为：

S10、由于步进电机存在步距角，为使激光束能准确回到第一阵列61和第二阵列62之间的位置，需要将步距角进行细分，为便于计算，该位置优选为第一阵列61和第二阵列62之间最短连线的中点，根据反向转动最小步距角数N、第三时间差t₃、第四时间差t₄及第五时间差t₅计算回转细分角数目X和回转的步数Y；

计算公式为：

X,Y同为正整数的关系解集均满足回转细分要求，即将原先1个步距角细分成X个步距角后，经过Y步可回转至第一阵列61和第二阵列62之间最短连线的中点。

S11、步进电机4回转，此处回转是指在上次反向转动的基础上再次反向转动；回转过程中判断回转结束前第一阵列61是否接收到激光信号；

S12、如果否，说明步进电机4在回转的过程中，光电传感器再次移动，则步进电机4继续匀速转动，执行步骤S5；

S13、如果是，算法在第一阵列61接收到激光信号的时刻进入随动监测状态；同时步进电机继续回转，直至激光束第一阵列61和第二阵列62之间最短连线的中点才停止，同时更新初始角度β₀为此次计算的偏移角度值β。

当进行下一次角度测量时，重新执行步骤S2。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。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，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (6)

1.一种角度随动监测方法，采用角度随动监测系统，其特征在于，系统包括：

激光源，用于产生激光信号；

步进电机，输出轴与激光源连接，用于带动激光源作水平圆周转动；

驱动检测器，根据接收到的脉冲驱动步进电机转动，检测和控制步进电机的转动角度和转速；

光电传感器，用于接收激光信号并将所述激光信号转化成电信号输出；

控制器，分别连接激光源、驱动检测器及光电传感器，用于向激光源和驱动检测器发出控制指令，并接收处理驱动检测器和光电传感器返回的信号；所述控制器设有系统远程控制接口；

所述光电传感器包括底座、垂直设置在底座上的激光接收阵列、设置在底座内的信号处理器及电信号输出接口，所述信号处理器分别连接激光接收阵列和电信号输出接口；

所述激光接收阵列包括接收面位于同一平面的第一阵列和第二阵列；

所述的方法包括以下步骤：

S1、起始时，激光源发出的激光束对准第一阵列和第二阵列之间的位置，限位部中点到第一阵列和第二阵列之间最短连线的中点构成第一向量，记录所述第一向量和限位部法平面之间的夹角为初始角度，同时算法处于随动监测状态；

S2、判断第一阵列是否接收到激光信号；

S3、如果否，算法处于随动监测状态；

S4、如果是，步进电机带动激光源朝第二阵列的方向水平匀速转动；

S5、第一阵列和第二阵列先后接收到激光信号，且当第二阵列接收到激光信号时，步进电机转动完当前步距角后停止，记录停止时步进电机转动的第一角度，计算得到第一阵列接收到激光信号时刻与第二阵列接收到激光信号时刻的第一时间差，以及第二阵列接收到激光信号时刻与步进电机停止转动时刻的第二时间差；

S6、步进电机反向匀速转动，第二阵列和第一阵列先后接收到激光信号，且当第一阵列接收到激光信号时，步进电机转动完当前步距角后停止，记录停止时步进电机反向转动的第二角度和反向转动最小步距角数；计算得到步进电机反向转动起始时刻与反向转动时第二阵列接收到激光信号时刻的第三时间差，反向转动时第二阵列接收到激光信号时刻与反向转动时第一阵列接收到激光信号时刻的第四时间差，以及反向转动时第一阵列接收到激光信号时刻与步进电机反向转动停止时刻的第五时间差；

S7、判断第一时间差是否等于第四时间差，且第二时间差是否等于第三时间差；

S8、若第一时间差不等于第四时间差，或第二时间差不等于第三时间差，步进电机带动激光源朝第二阵列的方向水平匀速转动，执行步骤S5；

S9、若第一时间差等于第四时间差，且第二时间差等于第三时间差，则根据所述初始角度、第一角度、第二角度、第三时间差、第四时间差及第五时间差计算得到偏移角度值；

S10、步进电机回转使激光源发出的激光束对准第一阵列和第二阵列之间的位置，算法回到随动监测状态，并更新初始角度为所述偏移角度值。

2.根据权利要求1所述的角度随动监测方法，其特征在于，还包括固定云台，所述固定云台包括限位部和安装部，所述限位部与安装部垂直设置，所述步进电机、驱动检测器及控制器均安装在安装部上，且所述激光源的激光光束平行于安装部。

3.根据权利要求1所述的角度随动监测方法，其特征在于，计算偏移角度值的公式为：

其中，β为偏移角度值，β₀为初始角度，γ为第一角度，θ为第二角度，t₃为第三时间差，t₄为第四时间差，t₅为第五时间差，并定义步进电机沿顺时针方向转动时记录的角度为正数，沿逆时针方向转动时记录的角度为负数，位于限位部法平面左边的初始角度为负数，位于限位部法平面右边的初始角度为正数。

4.根据权利要求1所述的角度随动监测方法，其特征在于，所述步骤S10具体包括：

S101、将步距角细分为若干个细分角；

S102、步进电机回转，回转过程中判断第一阵列是否接收到激光信号；

S103、如果是，算法回到随动监测状态，步进电机继续匀速转动，使激光束对准第一阵列和第二阵列之间的位置时停止，并更新初始角度为所述偏移角度值；

S104、如果否，步进电机继续匀速转动，执行步骤S5。

5.根据权利要求4所述的角度随动监测方法，其特征在于，所述步骤S1、S10及S103中激光束均对准第一阵列和第二阵列之间某最短连线的中点。

6.根据权利要求5所述的角度随动监测方法，其特征在于，所述步骤S103中步进电机转动整数个细分角后激光束对准第一阵列和第二阵列之间某最短连线的中点，所述步距角细分的个数和转动的细分角个数的函数关系式为：

其中，N为反向转动最小步距角数，X为步距角细分的个数，Y为回转的细分角个数，X,Y同为正整数的关系解集均满足回转细分要求；t₃为第三时间差，t₄为第四时间差，t₅为第五时间差。