CN107037412A - 一种角度自动测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种角度自动测量系统，包括激光源、步进电机、驱动检测器、光电传感器、控制器，控制器分别连接激光源、驱动检测器及光电传感器。并提供一种利用该系统自动测量角度的方法，该方法包括：激光束先后扫过第一阵列和第二阵列，在扫过第二阵列时停止，记录停止步进电机的最小步距角数；激光源反转，激光束先后扫过第二阵列和第一阵列，在扫过第一阵列时停止，记录步进电机反转的最小步距角数，计算反转起始时刻至扫过第二阵列的时间、扫过第二阵列至扫过第一阵列的时间、扫过第一阵列至停止反转的时间，根据以上数据计算偏移角度值。本发明可自动检测获取角度信息，自动化程度高；可远程控制，避免高功率微波辐射对测试人员身体的损害。

Description

一种角度自动测量系统及方法
技术领域
本发明涉及角度测量技术领域，具体涉及一种角度自动测量系统及方法。
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确定干涉仪天线阵面中心点和远端设备连线的方向向量与干涉仪天线阵面法向量之间的偏移角度值，传统方式是采用全站仪人工确定该角度，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，提供一种角度自动测量系统和方法，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：提供一种角度自动测量系统，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。
提供一种角度自动测量方法，包括以下步骤：
S1、步进电机带动激光源转动，使激光源发出的激光束与限位部垂直；
S2、步进电机带动激光源沿固定方向水平匀速转动；
S3、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最小步距角数；
S4、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，且当第一阵列先后接收到激光信号时，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转的第二最小步距角数；
S5、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一时间差，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二时间差，以及反向转动时第一阵列接收到激光信号时刻与反向转动停止时刻的第三时间差；
S6、根据第一最小步距角数、第二最小步距角数、第一时间差、第二时间差及第三时间差计算得到偏移角度值。
该角度自动测量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)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自动测量系统，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自动测量方法，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、步进电机4带动激光源5转动，使激光源5发出的激光束与限位部12垂直，由于限位部12贴合干涉仪天线阵面8，所以激光束垂直于干涉仪天线阵面8，即此时激光束为干涉仪天线阵面8的法线b；
S2、控制器2控制步进电机4带动激光源5沿固定方向水平匀速转动；
S3、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，控制器2向步进电机4发出停止指令，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转动的第一最小步距角数M；
S4、控制器2控制步进电机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，控制器2向步进电机4发出停止指令，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反转的第二最小步距角数N，N>＝1；
S5、控制器2计算得到步进电机4反向转动起始时刻与第二阵列62接收到激光信号时刻的第一时间差t1，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二时间差t2，以及反向转动时第一阵列61接收到激光信号时刻与反向转动停止时刻的第三时间差t3；
S6、根据第一最小步距角数M、第二最小步距角数N、第一时间差t1、第二时间差t2及第三时间差t3计算得到偏移角度值。
进一步地，步骤S6计算偏移角度值的公式为：
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 (10)

1.一种角度自动测量系统，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的角度自动测量系统，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所述的角度自动测量系统，其特征在于，所述控制器设有系统远程控制接口。
4.根据权利要求2所述的角度自动测量系统，其特征在于，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。
5.根据权利要求4所述的角度自动测量系统，其特征在于，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。
6.根据权利要求4所述的角度自动测量系统，其特征在于，所述安装部设有用于检测安装部是否处于水平状态的第一水准仪，所述底座设置有用于确认底座是否水平的第二水准仪。
7.根据权利要求4或5所述的角度自动测量系统，其特征在于，所述激光接收阵列为长条状。
8.根据权利要求5或6所述的角度自动测量系统，其特征在于，所述底座上设置有用于固定所述光电传感器的定位稍。
9.一种采用上述权利要求5所述系统的角度自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、所述步进电机带动激光源转动，使激光源发出的激光束与限位部垂直；
S2、所述步进电机带动激光源沿固定方向水平匀速转动；
S3、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最小步距角数；
S4、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，且当第一阵列先后接收到激光信号时，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转的第二最小步距角数；
S5、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一时间差，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二时间差，以及反向转动时第一阵列接收到激光信号时刻与反向转动停止时刻的第三时间差；
S6、根据所述第一最小步距角数、第二最小步距角数、第一时间差、第二时间差及第三时间差计算得到偏移角度值。
10.根据权利要求9的角度自动测量的方法，其特征在于，所述步骤S6计算偏移角度值的公式为：
其中，β为偏移角度值，M为第一最小步距角数，N为第二最小步距角数，α为步距角，t1为第一时间差，t2为第二时间差，t3为第三时间差。
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