CN108802754B - 一种光学特性测量系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学特性测量系统及其应用方法，该系统包括：测量目标、探测器和控制器；其中，测量目标和探测器位于同一水平面内；控制器，用于接收测量指令，根据测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定测量目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息；根据目标运动姿态，控制测量目标调整运动姿态；根据目标位置信息，控制探测器进行移动；测量目标，用于在控制器的控制下调整自身的运动姿态；探测器，用于在控制器的控制下移动至与目标位置信息对应的目标位置，并在目标位置上对调整运动姿态后的测量目标进行测量。本方案能降低探测器高度的调整范围，减小了光学特性测量系统所占空间，减少了光学特性测量系统的建设经费。

Description

一种光学特性测量系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及光学测试技术领域，尤其涉及一种光学特性测量系统及其应用方法。

背景技术

在目标光学特性测量系统中，为了实现不同的光照方向和观测方向的光学特征测量，一般需要改变探测器或测量目标的位置或探测器在探测方向上的俯仰角。

目前，一般通过光源和测量目标不动，而改变探测器的位置或在探测方向上的俯仰角的方式来实现不同观测方向的光学特征测量。在目标光学特性测量系统中，光源一般设置在水平面内，探测器设置在该水平面之上，因此改变探测器在探测方向上的俯仰角一般采用改变探测器高度的方式来实现。这种方式的弊端是：若探测器距离探测目标较远时，对探测器的高度范围需求很高。例如，探测器所处测试轨道半径超过10m时，采用调整探测器高度的方式来调整探测方向上的俯仰角，若探测角度为45°时，探测器的升降范围将超过20m。

因此，针对以上不足，需要提供一种能降低探测器高度调整范围的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供一种能降低探测器高度调整范围的方案。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光学特性测量系统，包括：测量目标、探测器和控制器；其中，

所述测量目标和所述探测器位于同一水平面内；

所述控制器，用于接收测量指令，根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定所述测量目标的目标运动姿态和所述探测器的目标位置信息；根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标调整运动姿态；根据所述目标位置信息，控制所述探测器进行移动；

所述测量目标，用于在所述控制器的控制下调整自身的运动姿态；

所述探测器，用于在所述控制器的控制下移动至与所述目标位置信息对应的目标位置，并在所述目标位置上对调整运动姿态后的所述测量目标进行测量。

可选地，

进一步包括：光源；其中，

所述光源、所述测量目标和所述探测器位于同一水平面内；

所述光源，用于向所述测量目标发射入射线；

所述探测器，用于向所述测量目标发射检测线，根据所述测量目标反射的探测线对所述测量目标进行测量；

所述测量目标，进一步用于根据所述检测线向所述探测器反射所述探测线；

所述控制器，用于根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角；根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角；根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息。

可选地，

所述控制器包括：坐标系构建模块、入射向量确定模块和探测向量确定模块；其中，

所述坐标系构建模块，用于构建目标体坐标系；

所述入射向量确定模块，用于确定所述入射线对应的第一入射线向量和第二入射线向量；其中，所述第一入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；将所述第一入射线向量与x轴的夹角作为所述入射方位角，将所述第二入射线向量与z轴的夹角作为所述入射俯仰角；

所述探测向量确定模块，用于确定所述探测线对应的第一探测线向量和第二探测线向量；其中，所述第一探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；将所述第一探测线向量与x轴的夹角作为所述探测方位角，将所述第二探测线向量与z轴的夹角作为所述探测俯仰角。

可选地，

所述控制器，用于根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，利用下述方程组，计算所述目标运动姿态中的上圆弧运动机构参数、回转机构参数和下圆弧运动机构参数，以及所述目标位置信息对应的位置参数；

其中，α₁表征所述入射方位角，α₂表征所述入射俯仰角，β₁表征所述探测方位角，β₂表征所述探测俯仰角，θ₁表征所述上圆弧运动机构参数，θ₂表征所述回转机构参数，θ₃表征所述下圆弧运动机构参数，θ₄表征所述位置参数。

可选地，

所述测量目标包括：测量目标本体、中心轴、上圆弧运动机构、回转机构和下圆弧运动机构；其中，

所述测量目标本体的中心与所述中心轴的一端连接；

所述中心轴的另一端与所述上圆弧运动机构中的第一滑块连接；

所述回转机构设置在所述上圆弧运动机构与所述下圆弧运动机构之间；

所述回转机构与所述下圆弧运动机构中的第二滑块连接，且所述回转机构与所述上圆弧运动机构连接；

所述上圆弧运动机构，用于根据所述上圆弧运动机构参数，通过所述第一滑块带动所述中心轴与所述测量目标本体在自身的第一弧形导轨上滑动；

所述回转机构，用于根据所述回转机构参数，带动所述上圆弧运动机构、所述中心轴和所述测量目标本体做圆周运动；

所述下圆弧运动机构，用于根据所述下圆弧运动机构参数，通过所述第二滑块带动所述上圆弧运动机构、所述回转机构、所述中心轴和所述测量目标本体在自身的第二弧形导轨上滑动；

可选地，

所述探测器设置在弧形测试轨道上；

所述弧形测试轨道对应的圆心与所述测量目标的中心在水平面的投影相互重合；

所述探测器，用于根据所述位置参数沿所述弧形测试轨道运动，以移动至所述目标位置。

本发明还提供了一种上述任一实施例提供的光学特性测量系统的应用方法，包括：

利用控制器接收测量指令；

根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定探测目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息；

根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标调整自身的运动姿态，并控制所述探测器移动至与所述目标位置信息对应的目标位置；

利用在所述目标位置上的所述控制器对调整运动姿态后的所述测量目标进行测量。

可选地，

进一步包括：

利用光源向所述测量目标发射入射线；

利用所述探测器向所述测量目标发射检测线，以使所述测量目标根据所述检测线向所述探测器反射探测线；

所述根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定探测目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息，包括：

根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角；

根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角；

根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息。

可选地，

所述根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角，以及所述根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角，包括：

构建目标体坐标系；

确定所述入射线对应的第一入射线向量和第二入射线向量；其中，所述第一入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；

将所述第一入射线向量与x轴的夹角作为所述入射方位角，并将所述第二入射线向量与z轴的夹角作为所述入射俯仰角；

确定所述探测线对应的第一探测线向量和第二探测线向量；其中，所述第一探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；

将所述第一探测线向量与x轴的夹角作为所述探测方位角，并将所述第二探测线向量与z轴的夹角作为所述探测俯仰角。

可选地，

所述根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息，包括：

根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，利用下述方程组，计算所述目标运动姿态中的上圆弧运动机构参数、回转机构参数和下圆弧运动机构参数，以及所述目标位置信息对应的位置参数；

其中，α₁表征所述入射方位角，α₂表征所述入射俯仰角，β₁表征所述探测方位角，β₂表征所述探测俯仰角，θ₁表征所述上圆弧运动机构参数，θ₂表征所述回转机构参数，θ₃表征所述下圆弧运动机构参数，θ₄表征所述位置参数。

可选地，

当所述测量目标包括：测量目标本体、中心轴、上圆弧运动机构、回转机构和下圆弧运动机构时，

所述根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标调整自身的运动姿态，包括：

利用所述上圆弧运动机构根据所述上圆弧运动机构参数，通过第一滑块带动所述中心轴与所述测量目标本体在自身的第一弧形导轨上滑动；

利用回转机构根据所述回转机构参数，带动所述上圆弧运动机构、所述中心轴和所述测量目标本体做圆周运动；

利用所述下圆弧运动机构根据所述下圆弧运动机构参数，通过第二滑块带动所述上圆弧运动机构、所述回转机构、所述中心轴和所述测量目标本体在自身的第二弧形导轨上滑动；

可选地，

当所述探测器设置在弧形测试轨道上时，

所述控制所述探测器移动至与所述目标位置信息对应的目标位置，包括：

控制所述探测器根据所述位置参数沿所述弧形测试轨道运动，以移动至所述目标位置。

实施本发明的，具有以下有益效果：

1、将测量目标与探测器设置在同一水平面内，当控制器接收到测量指令时，根据测量指令中的目标入射角和目标探测角，确定出测量目标对应的目标运动姿态和探测器对应的目标位置信息，然后根据目标运动姿态控制测量目标调整自身的运动姿态，根据目标位置信息控制探测器移动到目标位置，以使探测器在目标位置上对调整了运动姿态后的测量目标进行测量。由于将探测器与测量目标设置在同一水平面内，改变探测俯仰角时无需再调整探测器的高度，而是通过改变探测器在水平面内的位置以及测量目标的运动姿态，来满足不同目标入射角和目标探测角的测量需求，由此能降低探测器高度的调整范围，从而使光学特性测量系统的整体机构更加紧凑，减小了光学特性测量系统所占空间，减少了光学特性测量系统的建设经费。

2、根据光源发出的入射线和测量目标向探测器反射的探测线在目标体坐标系中对应的向量，确定入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，并根据确定出的入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定测量目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息，有利于提高运动姿态和目标位置信息的准确性。

3、根据入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，计算上圆弧运动机构、回转机构、下圆弧运动机构和探测器分别对应的上圆弧运动机构参数、回转机构参数、下圆弧运动机构参数和目标位置信息对应的位置参数，并根据计算出的参数分别控制上圆弧运动机构、回转机构、下圆弧运动机构和探测器的运动，使得测量目标本体具有精准的运动姿态，且探测器精确的位于目标位置，从而有利于光学特性测量系统以不同方位角和俯仰角进行精确测量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种光学特性测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种光学特性测量系统的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种目标体坐标系和空间坐标系的示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种光学特性测量系统的位置示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种入射方位角和入射俯仰角的示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种探测方位角和探测俯仰角的示意图；

图7是本发明实施例三提供的一种测量目标的结构示意图；

图8是本发明实施例三提供的一种上圆弧运动机构参数在目标体坐标系中的示意图；

图9是本发明实施例三提供的一种回转机构参数在目标体坐标系中的示意图；

图10是本发明实施例三提供的一种下圆弧运动机构参数在空间坐标系中的示意图；

图11是本发明实施例四提供的一种光学特性测量系统的位置示意图；

图12是本发明实施例四提供的一种位置参数在空间坐标系中的示意图；

图13是本发明实施例八提供的一种光学特性测量系统的应用方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的一种光学特性测量系统，包括：测量目标101、探测器102和控制器103；其中，

所述测量目标101和所述探测器102位于同一水平面内；

所述控制器103，用于接收测量指令，根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定所述测量目标101的目标运动姿态和所述探测器102的目标位置信息；根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标101调整运动姿态；根据所述目标位置信息，控制所述探测器102进行移动；

所述测量目标101，用于在所述控制器103的控制下调整自身的运动姿态；

所述探测器102，用于在所述控制器103的控制下移动至与所述目标位置信息对应的目标位置，并在所述目标位置上对调整运动姿态后的所述测量目标101进行测量。

使用时，先将测量目标与探测器设置在同一水平面内，由于光学特性测量系统中的光源位于水平面内，设置时可将测量目标与探测器同时绕光源发出的入射线进行轴旋转，以使探测器发出的检测线与光源发出的入射线位于同一水平面内，即使得测量目标与探测器位于同一水平面内。然后，控制器接收测量指令，根据测量指令中的目标入射角和目标探测角，确定出测量目标对应的目标运动姿态和探测器对应的目标位置信息，然后根据目标运动姿态控制测量目标调整自身的运动姿态，根据目标位置信息控制探测器移动到目标位置，以使探测器在目标位置上对调整了运动姿态后的测量目标进行测量。由于将探测器与测量目标设置在同一水平面内，改变探测俯仰角时无需再调整探测器的高度，而是通过改变探测器在水平面内的位置以及测量目标的运动姿态，来满足不同目标入射角和目标探测角的测量需求，由此能降低探测器高度的调整范围，从而使光学特性测量系统的整体机构更加紧凑，减小了光学特性测量系统所占空间，减少了光学特性测量系统的建设经费。

实施例二

本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

如图2所示，该光学特性测量系统可以进一步包括：光源201；其中，

所述光源201、所述测量目标101和所述探测器102位于同一水平面内；

所述光源201，用于向所述测量目标101发射入射线；

所述探测器102，用于向所述测量目标101发射检测线，根据所述测量目标101反射的探测线对所述测量目标101进行测量；

所述测量目标101，进一步用于根据所述检测线向所述探测器102反射所述探测线；

所述控制器103，用于根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角；根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角；根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息。

具体地，所述控制器103包括：坐标系构建模块、入射向量确定模块和探测向量确定模块；其中，

所述坐标系构建模块，用于构建目标体坐标系；

所述入射向量确定模块，用于确定所述入射线对应的第一入射线向量和第二入射线向量；其中，所述第一入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；将所述第一入射线向量与x轴的夹角作为所述入射方位角，将所述第二入射线向量与z轴的夹角作为所述入射俯仰角；

所述探测向量确定模块，用于确定所述探测线对应的第一探测线向量和第二探测线向量；其中，所述第一探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；将所述第一探测线向量与x轴的夹角作为所述探测方位角，将所述第二探测线向量与z轴的夹角作为所述探测俯仰角。

建立的目标体坐标系与光学特性测量系统所处的空间对应的空间坐标系的关系如图3所示，其中，空间坐标系为(x₀*,y₀*,z₀*)，

为入射线对应的向量，

为探测线对应的向量。当光学特性测量系统中的探测器、测量目标和光源等均处于初始位置时，其位置示意图如图4所示。基于此确定出的入射方位角和入射俯仰角如图5所示，图5中的α₁为入射方位角，α₂为入射俯仰角，

为入射线对应的向量，

为第一入射线向量，

为第二入射线向量。探测方位角和探测俯仰角如图6所示，图6中的β₁为探测方位角，β₂为探测俯仰角，

为探测线对应的向量，

为第一探测线向量，

为第二探测线向量。其中，图五和图六中的长方体结构是为了便于理解而作的辅助图形，无实际意义。然后根据入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定测量目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息，有利于提高运动姿态和目标位置信息的准确性。

实施例三

本实施例三与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

如图7所示，所述测量目标101包括：测量目标本体1011、中心轴1012、上圆弧运动机构1013、回转机构1014和下圆弧运动机构1015；其中，

所述测量目标本体1011的中心与所述中心轴1012的一端连接；

所述中心轴1012的另一端与所述上圆弧运动机构1013中的第一滑块连接；

所述回转机构1014设置在所述上圆弧运动机构1013与所述下圆弧运动机构1015之间；

所述回转机构1014与所述下圆弧运动机构1015中的第二滑块连接，且所述回转机构1014与所述上圆弧运动机构1013连接。

通过上述设置，上圆弧运动机构可通过第一滑块带动中心轴与测量目标本体在其第一弧形导轨上滑动，设定上圆弧运动机构对应的上圆弧运动机构参数为θ₁，即通过改变θ₁可改变测量目标本体在y轴和z轴组成平面中的运动姿态，θ₁的示意图如图8所示。回转机构可带动上圆弧运动机构、中心转轴和测量目标本体进行圆周运动，设定回转机构对应的回转机构参数为θ₂，即可通过改变θ₂改变测量目标本体以及上圆弧运动机构在x轴和z轴组成平面中的运动姿态，θ₂的示意图如图9所示。下圆弧运动机构可通过第二滑块带动回转机构、上圆弧运动机构、中心轴和测量目标本体在第二弧形导轨上滑动，设定下圆弧运动机构对应的下圆弧运动机构参数为θ₃，则通过改变θ₃可改变回转机构、上圆弧运动机构和测量目标本体在空间坐标系的y₀*轴和z₀*轴组成平面中的运动姿态，θ₃的示意图如图10所示。由此，通过上圆弧运动机构、回转机构和下圆弧运动机构的运动，可改变测量目标本体在空间的位置和角度，从而有利于准确调整测量目标的运动姿态。

实施例四

本实施例四与实施例三基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

如图11所示，所述探测器102设置在弧形测试轨道上；

所述弧形测试轨道对应的圆心与所述测量目标101的中心在水平面的投影相互重合。

探测器可设置在测试车上，测试车能沿着弧形测试轨道运动，以带动探测器运动，从而改变探测器的位置。

所述探测器，用于根据所述位置参数沿所述弧形测试轨道运动，以移动至所述目标位置。设定探测器相对于弧形测试轨道的位置参数为θ₄，则通过改变θ₄可改变探测器在空间坐标系的x₀*轴和z₀*轴组成平面中的位置，即改变探测器与测量目标之间的相对位置，从而改变探测方位角和探测俯仰角，θ₄的示意图如图12所示，由此有利于将探测器移动至与目标位置信息对应的目标位置，从而便于满足不同目标入射角和目标探测角的测量需求。

实施例五

本实施例五与实施例四基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

所述控制器103，用于根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，利用下述方程组，计算所述目标运动姿态中的上圆弧运动机构参数、回转机构参数和下圆弧运动机构参数，以及所述目标位置信息对应的位置参数；

其中，α₁表征所述入射方位角，α₂表征所述入射俯仰角，β₁表征所述探测方位角，β₂表征所述探测俯仰角，θ₁表征所述上圆弧运动机构参数，θ₂表征所述回转机构参数，θ₃表征所述下圆弧运动机构参数，θ₄表征所述位置参数。

忽略入射光强度、环境反射等非几何因素的影响，探测结果只与探测线、测量目标和入射线三者的相对位置有关。当测量目标绕入射线轴旋转时，根据入射光线的几何对称性，测量目标与入射线之间的几何关系不变，即等价于测量目标与入射线相对静止。当令测量目标与探测线相对位置不变时，即测量目标与探测线也相对静止。由此，当测量目标、探测线相对静止并绕入射线轴旋转时，由探测线—测量目标—入射线组成的系统内部相对静止，因此通过这种变换后的系统与原系统等价。

根据构建的目标体坐标系和空间坐标系，以及入射方位角、入射俯仰角、探测方位角、探测俯仰角以及各个参数的定义，可得出探测线向量为

入射线向量为

设定测量目标对应的模型初始体坐标为

则上圆弧运动机构带动测量目标本体滑动后，测量目标本体的坐标更改为：

回转机构带动测量目标本体和上圆弧运动机构进行圆周运动后，测量目标本体的坐标更改为：

下圆弧运动机构带动回转机构、上圆弧运动机构以及测量目标本体滑动后，测量目标本体的坐标更改为：

结合(1)(2)(3)式，可得变换后的测量目标本体的坐标为：

根据入射方位角、入射俯仰角、探测方位角、探测俯仰角与入射线向量和探测线向量的空间几何关系，可得以下方程组：

将

和

带入可得各个参数对应的方程组：

由于变换后的系统与原系统等价，则该方程组有解且对应每一组变量的解是唯一的。根据上述方程组，可解出：

θ₂＝-arccos(cosα₁cosα₂)

例如，当入射方位角α₁为[-36°,+36°]，将其转换为计算用角为α′₁[126°,54°]；入射俯仰角α₂为[-34°,+34°]，转换为计算用角为α′₂[56°,124°]；探测方位角β₁为[-25°,+25°]，转换为计算用角为β′₁[115°,65°]；探测俯仰角β₂为[-25°,+25°]，转换为计算用角β′₂为[115°,65°]，根据本实施例提供的方程组，可计算出₁为[-34°,+34°]，₂为[54°,126°]，θ₃为[-31.5°,+31.5°]，θ₄为[28.4°,151.6°]。若采用传统方法，探测器距离测量目标为10m时，探测器需要变化的高度为9m。由此可以看出，通过本方案探测器高度可以保持不变，而且探测器和测量目标的变化与探测器到测量目标的距离无关。而通过在一定范围内的俯仰和方位角度的变化即可实现测光学特性测量系统的姿态变化，相较于传统方法大大简化了系统的复杂度，节省了建设经费成本。

实施例六

本实施例六与实施例三基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

所述上圆弧运动机构，用于根据所述上圆弧运动机构参数，通过所述第一滑块带动所述中心轴与所述测量目标本体在自身的第一弧形导轨上滑动；

所述回转机构，用于根据所述回转机构参数，带动所述上圆弧运动机构、所述中心轴和所述测量目标本体做圆周运动；

所述下圆弧运动机构，用于根据所述下圆弧运动机构参数，通过所述第二滑块带动所述上圆弧运动机构、所述回转机构、所述中心轴和所述测量目标本体在自身的第二弧形导轨上滑动；

实施例七

本实施例七与实施例四基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

所述探测器，用于根据所述位置参数沿所述弧形测试轨道运动，以移动至所述目标位置。

在实施例六和实施例七中，上圆弧运动机构、回转机构、下圆弧运动机构和探测器可根据控制器计算出的上圆弧运动机构参数、回转机构参数、下圆弧运动机构参数和目标位置信息对应的位置参数进行精确滑动或移动，使得测量目标本体具有精准的运动姿态，且探测器精确的位于目标位置，从而有利于光学特性测量系统以不同方位角和俯仰角进行精确测量。

实施例八

如图13所示，本发明还提供了一种上述任一实施例提供的光学特性测量系统的应用方法，包括：

步骤1301：利用控制器接收测量指令；

步骤1302：根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定探测目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息；

步骤1303：根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标调整自身的运动姿态，并控制所述探测器移动至与所述目标位置信息对应的目标位置；

步骤1304：利用在所述目标位置上的所述控制器对调整运动姿态后的所述测量目标进行测量。

实施例九

本实施例九与实施例八基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

该方法可以进一步包括：

利用光源向所述测量目标发射入射线；

利用所述探测器向所述测量目标发射检测线，以使所述测量目标根据所述检测线向所述探测器反射探测线；

步骤1302的具体实施方式，可以包括：

根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角；

根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角；

根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息。

实施例十

本实施例十与实施例九基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

所述根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角，以及所述根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角，包括：

构建目标体坐标系；

确定所述入射线对应的第一入射线向量和第二入射线向量；其中，所述第一入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；

将所述第一入射线向量与x轴的夹角作为所述入射方位角，并将所述第二入射线向量与z轴的夹角作为所述入射俯仰角；

确定所述探测线对应的第一探测线向量和第二探测线向量；其中，所述第一探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；

将所述第一探测线向量与x轴的夹角作为所述探测方位角，并将所述第二探测线向量与z轴的夹角作为所述探测俯仰角。

实施例十一

本实施例十一与实施例十基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

所述根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息，包括：

根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，利用下述方程组，计算所述目标运动姿态中的上圆弧运动机构参数、回转机构参数和下圆弧运动机构参数，以及所述目标位置信息对应的位置参数；

其中，α₁表征所述入射方位角，α₂表征所述入射俯仰角，β₁表征所述探测方位角，β₂表征所述探测俯仰角，θ₁表征所述上圆弧运动机构参数，θ₂表征所述回转机构参数，θ₃表征所述下圆弧运动机构参数，θ₄表征所述位置参数。

实施例十二

本实施例十二与实施例十一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

当所述测量目标包括：测量目标本体、中心轴、上圆弧运动机构、回转机构和下圆弧运动机构时，

步骤1303的具体实施方式，可以包括：

利用所述上圆弧运动机构根据所述上圆弧运动机构参数，通过第一滑块带动所述中心轴与所述测量目标本体在自身的第一弧形导轨上滑动；

利用回转机构根据所述回转机构参数，带动所述上圆弧运动机构、所述中心轴和所述测量目标本体做圆周运动；

利用所述下圆弧运动机构根据所述下圆弧运动机构参数，通过第二滑块带动所述上圆弧运动机构、所述回转机构、所述中心轴和所述测量目标本体在自身的第二弧形导轨上滑动；

实施例十三

本实施例十三与实施例十一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

当所述探测器设置在弧形测试轨道上时，

步骤1303的具体实施方式，可以包括：

控制所述探测器根据所述位置参数沿所述弧形测试轨道运动，以移动至所述目标位置。

综上所述，通过控制器接收测量指令，根据测量指令中的目标入射角和目标探测角，确定出测量目标对应的目标运动姿态和探测器对应的目标位置信息，然后根据目标运动姿态控制测量目标调整自身的运动姿态，根据目标位置信息控制探测器移动到目标位置，以使探测器在目标位置上对调整了运动姿态后的测量目标进行测量。由于将探测器与测量目标设置在同一水平面内，改变探测俯仰角时无需再调整探测器的高度，而是通过改变探测器在水平面内的位置以及测量目标的运动姿态，来满足不同目标入射角和目标探测角的测量需求，由此能降低探测器高度的调整范围，从而使光学特性测量系统的整体机构更加紧凑，减小了光学特性测量系统所占空间，减少了光学特性测量系统的建设经费。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种光学特性测量系统，其特征在于，包括：测量目标、探测器和控制器；其中，

所述测量目标和所述探测器位于同一水平面内；

所述控制器，用于接收测量指令，根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定所述测量目标的目标运动姿态和所述探测器的目标位置信息；根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标调整运动姿态；根据所述目标位置信息，控制所述探测器进行移动；

所述测量目标，用于在所述控制器的控制下调整自身的运动姿态；

所述探测器，用于在所述控制器的控制下移动至与所述目标位置信息对应的目标位置，并在所述目标位置上对调整运动姿态后的所述测量目标进行测量；

进一步包括：光源；其中，

所述光源、所述测量目标和所述探测器位于同一水平面内；

所述光源，用于向所述测量目标发射入射线；

所述探测器，用于向所述测量目标发射检测线，根据所述测量目标反射的探测线对所述测量目标进行测量；

所述测量目标，进一步用于根据所述检测线向所述探测器反射所述探测线；

所述控制器，用于根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角；根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角；根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息；

所述控制器包括：坐标系构建模块、入射向量确定模块和探测向量确定模块；其中，

所述坐标系构建模块，用于构建目标体坐标系；

所述入射向量确定模块，用于确定所述入射线对应的第一入射线向量和第二入射线向量；其中，所述第一入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；将所述第一入射线向量与x轴的夹角作为所述入射方位角，将所述第二入射线向量与z轴的夹角作为所述入射俯仰角；

所述探测向量确定模块，用于确定所述探测线对应的第一探测线向量和第二探测线向量；其中，所述第一探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；将所述第一探测线向量与x轴的夹角作为所述探测方位角，将所述第二探测线向量与z轴的夹角作为所述探测俯仰角；

所述控制器，用于根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，利用下述方程组，计算所述目标运动姿态中的上圆弧运动机构参数、回转机构参数和下圆弧运动机构参数，以及所述目标位置信息对应的位置参数；

其中，α₁表征所述入射方位角，α₂表征所述入射俯仰角，β₁表征所述探测方位角，β₂表征所述探测俯仰角，θ₁表征所述上圆弧运动机构参数，θ₂表征所述回转机构参数，θ₃表征所述下圆弧运动机构参数，θ₄表征所述位置参数。

2.根据权利要求1所述的光学特性测量系统，其特征在于，

所述测量目标包括：测量目标本体、中心轴、上圆弧运动机构、回转机构和下圆弧运动机构；其中，

所述测量目标本体的中心与所述中心轴的一端连接；

所述中心轴的另一端与所述上圆弧运动机构中的第一滑块连接；

所述回转机构设置在所述上圆弧运动机构与所述下圆弧运动机构之间；

所述回转机构与所述下圆弧运动机构中的第二滑块连接，且所述回转机构与所述上圆弧运动机构连接；

所述上圆弧运动机构，用于根据所述上圆弧运动机构参数，通过所述第一滑块带动所述中心轴与所述测量目标本体在自身的第一弧形导轨上滑动；

所述回转机构，用于根据所述回转机构参数，带动所述上圆弧运动机构、所述中心轴和所述测量目标本体做圆周运动；

所述下圆弧运动机构，用于根据所述下圆弧运动机构参数，通过所述第二滑块带动所述上圆弧运动机构、所述回转机构、所述中心轴和所述测量目标本体在自身的第二弧形导轨上滑动；

和/或，

所述探测器设置在弧形测试轨道上；

所述弧形测试轨道对应的圆心与所述测量目标的中心在水平面的投影相互重合；

所述探测器，用于根据所述位置参数沿所述弧形测试轨道运动，以移动至所述目标位置。

3.一种权利要求1至2任一所述的光学特性测量系统的应用方法，其特征在于，包括：

利用控制器接收测量指令；

根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定探测目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息；

根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标调整自身的运动姿态，并控制所述探测器移动至与所述目标位置信息对应的目标位置；

利用在所述目标位置上的所述控制器对调整运动姿态后的所述测量目标进行测量；

进一步包括：

利用光源向所述测量目标发射入射线；

利用所述探测器向所述测量目标发射检测线，以使所述测量目标根据所述检测线向所述探测器反射探测线；

所述根据所述测量指令中携带的目标入射角和目标探测角，确定探测目标的目标运动姿态和探测器的目标位置信息，包括：

根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角；

根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角；

根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息；

其中，所述根据所述目标入射角和所述入射线，确定入射方位角和入射俯仰角，以及所述根据所述探测线和所述目标探测角，确定探测方位角和探测俯仰角，包括：

构建目标体坐标系；

确定所述入射线对应的第一入射线向量和第二入射线向量；其中，所述第一入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二入射线向量为所述入射线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；

将所述第一入射线向量与x轴的夹角作为所述入射方位角，并将所述第二入射线向量与z轴的夹角作为所述入射俯仰角；

确定所述探测线对应的第一探测线向量和第二探测线向量；其中，所述第一探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中x轴和z轴组成平面的分向量；所述第二探测线向量为所述探测线对应于所述目标体坐标系中y轴和z轴组成平面的分向量；

将所述第一探测线向量与x轴的夹角作为所述探测方位角，并将所述第二探测线向量与z轴的夹角作为所述探测俯仰角；

所述根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，确定所述目标运动姿态和所述目标位置信息，包括：

根据所述入射方位角、入射俯仰角、探测方位角和探测俯仰角，利用下述方程组，计算所述目标运动姿态中的上圆弧运动机构参数、回转机构参数和下圆弧运动机构参数，以及所述目标位置信息对应的位置参数；

其中，α₁表征所述入射方位角，α₂表征所述入射俯仰角，β₁表征所述探测方位角，β₂表征所述探测俯仰角，θ₁表征所述上圆弧运动机构参数，θ₂表征所述回转机构参数，θ₃表征所述下圆弧运动机构参数，θ₄表征所述位置参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

当所述测量目标包括：测量目标本体、中心轴、上圆弧运动机构、回转机构和下圆弧运动机构时，

所述根据所述目标运动姿态，控制所述测量目标调整自身的运动姿态，包括：

利用所述上圆弧运动机构根据所述上圆弧运动机构参数，通过第一滑块带动所述中心轴与所述测量目标本体在自身的第一弧形导轨上滑动；

利用回转机构根据所述回转机构参数，带动所述上圆弧运动机构、所述中心轴和所述测量目标本体做圆周运动；

利用所述下圆弧运动机构根据所述下圆弧运动机构参数，通过第二滑块带动所述上圆弧运动机构、所述回转机构、所述中心轴和所述测量目标本体在自身的第二弧形导轨上滑动；

和/或，

当所述探测器设置在弧形测试轨道上时，

所述控制所述探测器移动至与所述目标位置信息对应的目标位置，包括：

控制所述探测器根据所述位置参数沿所述弧形测试轨道运动，以移动至所述目标位置。

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