CN109489642B - 一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空间位置关系测量领域并公开了一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法；具体包括：利用光电自准直仪测量输出，得到光轴与反射面法线的平行关系，再利用倾角测量模块得到光电自准直仪光轴与地理坐标系水平面的相对关系。如此可以由G1、G2、G3、G4分别得到L1的Y轴、X轴、L2的X轴、L2的Y轴倾角。再由G5对P的测量得到L1与L2的方位关系；本发明方法简单、可靠，倾角测量模块与光电自准直仪相结合，克服了现有技术中电子经纬仪的倾角测量的量程有限，不能满足任意姿态关系的测量的难题以及现有技术中电子经纬仪只能在静态环境下人工测量的难题。

Description

一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法
技术领域
本发明涉及空间中空间位置关系测量技术领域，尤其涉及一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法。
背景技术
现有技术中，在空间中确定两个物体相对关系，主要包含以下几种方式：(1)使用一个全局测量设备，分别对两个物体的进行姿态测量。例如，在自动装配现场，机械臂对两个零件进行组装时，机械臂能够分别测量两个零件姿态，确保两个零件相对关系正确；(2)使用其中一个物体对另外一个物体进行姿态测量。例如，单目摄影测量相机，通过对目标物体进行拍摄图像，可以计算出目标物相对自身的姿态关系；(3)两个物体同时对第三方参考体进行测量，各自输出参考体姿态后反推。例如，双目摄影测量相机，同时对标定板进行拍摄图像，可以建立两个相机之间的姿态关系。
两个空间物体的相对姿态关系可以使用一个转换矩阵表示，也可以分解为三个轴序的旋转角。在实际应用过程中，物体的坐标轴分为虚实两种，如圆柱体中心轴、机械平面等定义的可视为实轴，而通过传感器测量零位、数学定义的可视为虚轴。定义为虚轴的坐标系，在建立彼此相对关系时，往往需要借助外部特征将虚轴转换为实轴，尤其是传感器所能感知的物理量不同时。立方镜由于具有可直接光学观测的特性，常被用作为轴系基准；并使用电子经纬仪对镜面进行准直测量，并以地理坐标系作为参考，得到两个立方镜的相对关系。
在公开发表的论文及相关专利系统检索发现，测量两个立方镜姿态所用的设备皆为通用电子经纬仪；由于电子经纬仪的倾角测量的量程有限，不能满足任意姿态关系的测量；此外通用电子经纬仪只能在静态环境下人工测量，不能满足动态自动监测的功能。鉴于此，如何提供一种能在空间任意姿态下动态测量两立方镜相对姿态的方法是本领域技术人员需要解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术中电子经纬仪的倾角测量的量程有限，不能满足任意姿态关系的测量，此外通用电子经纬仪只能在静态环境下人工测量，不能满足动态自动监测的功能的难题，本发明提供了一种能在空间任意姿态下动态测量两立方镜相对姿态的方法。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
设计一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，包括如下步骤：
步骤一：建立待测量的立方镜L1、立方镜L2模型，并使用五套光电自准直仪，所述的光电自准直仪分别为光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3、光电自准直仪G4以及光电自准直仪 G5；
步骤二：所述的光电自准直仪G1使用倾角测量模块E1，所述的光电自准直仪G2使用倾角测量模块E2，所述的光电自准直仪G3与光电自准直仪G5固联安装并共用倾角测量模块E3，所述的光电自准直仪G4使用倾角测量模块E4，其中所述的光电自准直仪G2包含固联安装的平面反射镜P；
步骤三：将所述的光电自准直仪G1对准立方镜L1的Y轴，将所述的光电自准直仪G2对准立方镜L1的X轴，将所述的光电自准直仪 G3对准立方镜L2的X轴，将所述的光电自准直仪G4对准立方镜L2 的-Y轴；
步骤四：分别调整光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3以及光电自准直仪G4，使其与对应立方镜的反射面法线处于基本平行状态；然后；设计同一时刻光电自准直仪G5对准光电自准直仪G2中固联的平面反射镜P进行测量，便得到立方镜L1与立方镜L2的方位关系。
优选的，所述的光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3、光电自准直仪G4以及光电自准直仪G5均具有双轴倾角测量功能。
优选的，所述的光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3以及光电自准直仪G4与对应立方镜的反射面法线的平行度以对应光电自准直仪开机测量有输出的时刻为准。
优选的，所述倾角测量模块与对应光电自准直仪的测量范围为 0°-90°。
本发明提出的一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，有益效果在于：
(1)本发明方法创造性地根据三个轴序转角来确定坐标系姿态特性，使用立方镜两个正交平面的俯仰与任意一个平面的方位来确定其姿态；同时，利用光电自准直仪的测量输出，得到光轴与反射面法线的平行关系；再利用倾角测量模块得到光电自准直仪光轴与地理坐标系水平面的相对关系，在测量两个立方镜的姿态后，计算出立方镜之间的相对姿态；
(2)本发明方法简单、可靠，倾角测量模块与光电自准直仪相结合，能够在0°-90°范围内实时测量，满足双立方镜大倾斜姿态下相对关系求取，克服了现有技术中电子经纬仪的倾角测量的量程有限，不能满足任意姿态关系的测量的难题；同时，可以实现自动数据采集、解算，适用于长时间无人值守的监测，克服了现有技术中电子经纬仪只能在静态环境下人工测量的难题。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明方法具体实施方式中一种双立方镜姿态坐标空间转换测量布局图。
具体实施方式
下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
实施例一
参阅附图1所示，本发明的一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，包括如下步骤：
步骤一：建立待测量的立方镜L1、立方镜L2模型，并使用五套光电自准直仪，所述的光电自准直仪分别为光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3、光电自准直仪G4以及光电自准直仪 G5，所述的光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3、光电自准直仪G4以及光电自准直仪G5均具有双轴倾角测量功能；
步骤二：所述的光电自准直仪G1使用倾角测量模块E1，所述的光电自准直仪G2使用倾角测量模块E2，所述的光电自准直仪G3与光电自准直仪G5固联安装并共用倾角测量模块E3，所述的光电自准直仪G4使用倾角测量模块E4，其中所述的光电自准直仪G2包含固联安装的平面反射镜P；
步骤三：将所述的光电自准直仪G1对准立方镜L1的Y轴，将所述的光电自准直仪G2对准立方镜L1的X轴，将所述的光电自准直仪 G3对准立方镜L2的X轴，将所述的光电自准直仪G4对准立方镜L2 的-Y轴；所述的光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪 G3以及光电自准直仪G4与对应立方镜的反射面法线的平行度以对应光电自准直仪开机测量有输出的时刻为准；
步骤四：分别调整光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3以及光电自准直仪G4，使其与对应立方镜的反射面法线处于基本平行状态；然后；设计同一时刻光电自准直仪G5对准光电自准直仪G2中固联的平面反射镜P进行测量，便得到立方镜L1与立方镜L2的方位关系。
所述倾角测量模块与对应光电自准直仪的测量范围为0°-90°。
实施例二
参阅附图2所示，在本实施例中光电自准直仪的坐标系记为 O-IjJjKj，倾角测量模块的记为坐标系为O-XiYiZi：
因此，光电自准直仪的实际准直位置轴线OFj相对于O-IjJjKj的表达式：
Figure BDA0001859785770000061
光电自准直仪O-IjJjKj相对于倾角测量模块O-XiYiZi的转换矩阵：
Figure BDA0001859785770000062
得到准直轴线OFj相对于倾角测量模块O-XiYiZi的转换矩阵：
Figure BDA0001859785770000063
倾角测量模块O-XiYiZi由水平输出计算地理姿态矩阵：
Figure BDA0001859785770000064
倾角测量模块O-XiYiZi的轴投影到水平地理系后：
Figure BDA0001859785770000065
准直轴线OFj相对于水平地理系的表达式：
Figure BDA0001859785770000066
准直轴线OFj投影于水平地理系的表达式：
Figure BDA0001859785770000071
计算立方镜L1的Y轴俯仰，即OF1俯仰：
Figure BDA0001859785770000072
计算立方镜L1的X轴俯仰，即OF2俯仰：
Figure BDA0001859785770000073
计算O-X2Y2Z2坐标系中Y轴与准直光轴OF2的投影于水平面后的相对夹角：
Figure BDA0001859785770000074
利用向量叉乘判断符号：
Figure BDA0001859785770000075
signAYF2＝sign(CrossAYF2(3))；
平面镜外法线OP在水平地理坐标系的表达式：
Figure BDA0001859785770000076
平面镜外法线OP投影于地理坐标系的表达式：
Figure BDA0001859785770000077
平面镜外法线OP与O-X2Y2Z2坐标系Y轴同时投影于水平面后的相对夹角：
Figure BDA0001859785770000078
利用向量叉乘判断符号：
Figure BDA0001859785770000079
signAPY2＝sign(CrossAPY2(3))；
以准直光轴OF2为方位零，平面镜外法线方位：
Figure BDA00018597857700000710
计算立方镜L2的X轴俯仰，即OF3俯仰：
Figure BDA00018597857700000711
计算立方镜L2的Y轴俯仰，即OF4逆向俯仰：
Figure BDA00018597857700000712
计算O-X3Y3Z3坐标系中Y轴与准直光轴OF3投影于水平面后的相对夹角：
Figure BDA0001859785770000081
利用向量叉乘判断符号：
Figure BDA0001859785770000082
signAFY3＝sign(CrossAFY3(3))；
计算O-X3Y3Z3坐标系中Y轴与准直光轴OF5投影于水平面后的相对夹角：
Figure BDA0001859785770000083
利用向量叉乘判断符号：
Figure BDA0001859785770000084
signAYF5＝sign(CrossAYF5(3))；
以准直光轴OF5为方位零，准直光轴OF3方位为：
Figure BDA0001859785770000085
准直光轴OF5与平面镜外法线OP方位相差180°，以准直光轴 OF2为方位零，准直光轴OF3：
Figure BDA0001859785770000086
至此得到VL1X、VL1Y、VL2X、VL2Y、
Figure BDA0001859785770000087
即可得到两个坐标系的相对关系：
Figure BDA0001859785770000088
Figure BDA0001859785770000089
Figure BDA00018597857700000810
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：建立待测量的立方镜L1、立方镜L2模型，并使用五套光电自准直仪，所述的光电自准直仪分别为光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3、光电自准直仪G4以及光电自准直仪G5；
步骤二：所述的光电自准直仪G1使用倾角测量模块E1，所述的光电自准直仪G2使用倾角测量模块E2，所述的光电自准直仪G3与光电自准直仪G5固联安装并共用倾角测量模块E3，所述的光电自准直仪G4使用倾角测量模块E4，其中所述的光电自准直仪G2包含固联安装的平面反射镜P；
步骤三：将所述的光电自准直仪G1对准立方镜L1的Y轴，将所述的光电自准直仪G2对准立方镜L1的X轴，将所述的光电自准直仪G3对准立方镜L2的X轴，将所述的光电自准直仪G4对准立方镜L2的-Y轴；
步骤四：分别调整光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3以及光电自准直仪G4，使其与对应立方镜的反射面法线处于基本平行状态；然后；设计同一时刻光电自准直仪G5对准光电自准直仪G2中固联的平面反射镜P进行测量，便得到立方镜L1与立方镜L2的方位关系。
2.根据权利要求1所述的一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，其特征在于，所述的光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3、光电自准直仪G4以及光电自准直仪G5均具有双轴倾角测量功能。
3.根据权利要求1所述的一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，其特征在于，所述的光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3以及光电自准直仪G4与对应立方镜的反射面法线的平行度以对应光电自准直仪开机测量有输出的时刻为准。
4.根据权利要求1所述的一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，其特征在于，所述倾角测量模块与对应光电自准直仪的测量范围为0°-90°。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113358024B (zh) * 2021-05-08 2022-08-12 上海卫星工程研究所 一种卫星仪器相对精测数据处理方法及系统
CN113686319B (zh) * 2021-08-25 2022-05-27 天津大学 分布式测量系统基站姿态补偿装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06502254A (ja) * 1991-05-07 1994-03-10 マロエ　プレドプリヤチエ　”ゲオエコテクム” 物体の横方向ずれ測定装置
CN102032918A (zh) * 2010-10-20 2011-04-27 郑州辰维科技股份有限公司 三探头星敏指向标定方法
CN102279002A (zh) * 2011-06-27 2011-12-14 哈尔滨工业大学 星敏感器测量坐标系与载体坐标系转换矩阵的标定方法
CN104154931A (zh) * 2014-07-23 2014-11-19 北京控制工程研究所 一种交会测量系统的光机定位测量方法
CN104504240A (zh) * 2014-11-27 2015-04-08 上海卫星装备研究所 航天器总装精度测量计算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06502254A (ja) * 1991-05-07 1994-03-10 マロエ　プレドプリヤチエ　”ゲオエコテクム” 物体の横方向ずれ測定装置
CN102032918A (zh) * 2010-10-20 2011-04-27 郑州辰维科技股份有限公司 三探头星敏指向标定方法
CN102279002A (zh) * 2011-06-27 2011-12-14 哈尔滨工业大学 星敏感器测量坐标系与载体坐标系转换矩阵的标定方法
CN104154931A (zh) * 2014-07-23 2014-11-19 北京控制工程研究所 一种交会测量系统的光机定位测量方法
CN104504240A (zh) * 2014-11-27 2015-04-08 上海卫星装备研究所 航天器总装精度测量计算方法

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