CN110455181A - 一种位姿快速测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种位姿快速测量系统及方法，该系统主要由激光阵列发射系统、光束屏蔽选择系统以及探测器组成。其中，激光阵列发射系统由多组激光出射单元组成，光束屏蔽选择系统由遮光板以及移动平台组成；激光阵列发射系统出射阵列激光覆盖装载于并随待测目标位姿变化的信号接收探测系统运动范围，并由光束屏蔽选择系统确定信号接收探测系统接收到的光束编号，根据提前标定的激光光束打在探测器上形成的两两光斑距离变化获得随待测目标运动的探测器位姿变化，即可快速、实时、精准的获得被测动目标的位姿变化信息。

Description

一种位姿快速测量系统及方法

技术领域

本发明涉及一种位姿快速测量系统及方法，可广泛应用于中等距离动目标的位姿快速测量工作中。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，中等远距离动目标位姿的确定显得越来越重要，比如大口径天线反射面等在重力、日照、风载等影响下位姿在时刻发生变化，尤其是工作状态时，需要对天线表面位姿变化情况及时获取并反馈用以修正，这就要求测量精度越来越高，测量周期越来越短。

目前国内外较为成熟的技术，例如激光跟踪仪能够通过扫描在数分钟内实现动目标位姿的确定，位姿精度往往能够实现0.1mm量级；

摄影测量法包括单目测量或者双目测量等也往往能够实现0.1mm量级的测量精度，但是时间需要数十分钟甚至数小时，其他接触式测量比如三坐标测量机之类往往主要测量静目标以及较短距离的目标的位置变化。

激光跟踪仪测量对于测量环境有一定的要求，也不适于长期操作，维护成本较高，常使用的合作靶标在外部环境影响下也会降低精度。

因此目前急需设计一种测量系统，能够在中等距离对动目标实现快速的、实时的高精度测量。

发明内容

为了实现中等距离(数米到数十米)动目标位姿快速的、实时的高精度测量，本发明提供一种位姿快速测量系统及方法，通过激光光束阵列覆盖动目标运动范围，光束选择系统确定探测器接收系统获取光束的编号，并通过探测器获取的光斑质心的位置变化，获取探测器运动变化信息，最终实现动目标的快速高精度位姿测量。

本发明的实现原理是：

该系统主要由激光阵列发射系统、光束屏蔽选择系统，信号接收探测系统组成。激光阵列发射系统出射阵列激光覆盖装载于并随待测目标位姿变化的信号接收探测系统运动范围，并由光束屏蔽选择系统确定信号接收探测系统接收到的光束编号，根据提前标定的激光光束打在探测器上形成的两两光斑距离变化获得随待测目标运动的探测器位姿变化，即可获得被测目标的位姿变化信息。

本发明的具体技术实现方案如下：

本发明提供了一种位姿快速测量系统，包括激光阵列发射系统、光束屏蔽选择系统以及探测器；

激光阵列发射系统输出多条激光光束，多条激光光束的覆盖范围大于待测动目标移动的范围；激光光束屏蔽选择系统和探测器沿着激光光束的出射方向依次设置，且所述探测器安装在被测动目标上；

激光阵列发射系统包括底座以及激光出射单元；底座上沿横向并排安装至少三组激光出射单元；每个激光出射单元均包括调整架以及激光模组；调整架上沿纵向呈“一”字形排布有M个激光模组，M≥1；调整架固定安装在所述底座上；

光束屏蔽选择系统包括遮光板以及移动平台；遮光板安装在所述移动平台上，遮光板上开设至少三个通光孔，且每个通光孔的位置与每组激光出射单元相对应；

至少三组激光出射单元的出射激光通过各自对应的通光孔后在探测器上形成的至少三个光斑，至少三个光斑中心连接构成至少一个平面。

进一步地，上述激光出射单元设置有三组，三组激光出射单元等间距并排设置在所述底座上；两侧位置激光出射单元以中间位置激光出射单元对称设置；两侧位置激光出射单元的调整架倾斜安装在所述底座上。

进一步地，上述移动平台为一维电控平移台，且一维电控平移台上设置有M个位置标记，每个位置标记对应一个激光模组。

进一步地，上述系统还包括遮光罩，所述遮光罩安装在探测器光接收面的前方。

进一步地，上述底座采用碳纤维材料或殷钢制作或其他一些热膨胀系数较小的材料。

进一步地，上述底座上开设有多个减重孔。

进一步地，上述探测器的接收表面前端不安装镜头。

基于上述位姿快速测量系统的描述，现对采用该系统进行测量的方法进行介绍，具体步骤如下：

步骤1：分别在三组激光出射单元中通过光束屏蔽选择系统选出三个激光模组，并对三个激光模组进行标记，开启每组激光出射单元，三个激光模组经过遮光板后出射的激光光束等效空间直线方程如下：

L₁:x_j1＝X_j10+t_j1*X_j1； (1-1)

y_j1＝Y_j10+t_j1*Y_j1； (1-2)

z_j1＝Z_j10+t_j1*Z_j1； (1-3)

L₂:x_j2＝X_j20+t_j2*X_j2； (1-4)

y_j2＝Y_j20+t_j2*Y_j2； (1-5)

z_j2＝Z_j20+t_j2*Z_j2； (1-6)

L₃:x_j3＝X_j30+t_j3*X_j3； (1-7)

y_j3＝Y_j30+t_j3*Y_j3； (1-8)

z_j3＝Z_j30+t_j3*Z_j3； (1-9)

上式中：L₁、L₂、L₃分别为三个激光模组出射的三条激光光束空间直线方程；

(x_j1y_j1z_j1)为激光光束空间直线L₁任意一点在空间中的坐标；

(x_j1y_j1z_j1)为激光光束空间直线L₂任意一点在空间中的坐标；

(x_j1y_j1z_j1)为激光光束空间直线L₃任意一点在空间中的坐标；

X_j10、Y_j10、Z_j10、X_j1、Y_j1、Z_j1、X_j20、Y_j20、Z_j20、X_j2、Y_j2、Z_j2、X_j30、Y_j30、Z_j30、X_j3、Y_j3、Z_j3为直线方程常数；t_j1、t_j2、t_j3为直线方程变参数；

步骤2：在探测器上获得每个三个激光模组出射激光光束在探测器上所形成的光斑质心所在位置坐标，分别记为：

P₀₁：(x₀₁y₀₁)、P₀₂：(x₀₂y₀₂)、P₀₃：(x₀₃y₀₃)；

步骤3：通过步骤1建立的等效直线方程、步骤2获得的位置坐标以及空间线段长度相等原理，计算三个激光模组出射激光光束与探测器相交光斑质心的空间坐标，该空间坐标定义为待测目标位姿变化前的三个光斑质心空间坐标，记为：P_q01：(x_q01y_q01z_q01)、P_q02：(x_q02y_q02z_q02)、P_q03：(x_q03y_q03z_q03)；

具体计算过程如下：

根据空间线段长度相等的原理有：

(x_q01-x_q02)^2+(y_q01-y_q02)^2+(z_q01-z_q02)^2＝(x₀₂-x₀₁)^2+(y₀₂-y₀₁)^2； (1-10)

(x_q03-x_q02)^2+(y_q03-y_q02)^2+(z_q03-z_q02)^2＝(x₀₂-x₀₃)^2+(y₀₂-y₀₃)^2； (1-11)

(x_q03-x_q01)^2+(y_q03-y_q01)^2+(z_q03-z_q01)^2＝(x₀₁-x₀₃)^2+(y₀₁-y₀₃)^2； (1-12)

连理式(1-1)～(1-12)即可计算得出待测目标位姿变化前任意三点的空间坐标，P_q01：(x_q01y_q01z_q01)、P_q02：(x_q02y_q02z_q02)P_q03：(x_q03y_q03z_q03)，此时三个空间点可形成一个空间平面方程，记为A；

步骤4：定义探测器中心点坐标为(0,0)，根据二维面线段长度与三维面线段长度相等的原理获得待测目标位姿变化前探测器的中心点空间坐标，记为(x_q0y_q0z_q0)；

可通过式(1-13)至(1-15)获得探测器中心点空间坐标，具体计算式为：

x_q0-x_q01)^2+(y_q0-y_q01)^2+(z_q0-z_q01)^2＝(0-x₀₁)^2+(0-y₀₁)^2； (1-13)

(x_q0-x_q02)^2+(y_q0-y_q02)^2+(z_q0-z_q02)^2＝(0-x₀₂)^2+(0-y₀₂)^2； (1-14)

(x_q0-x_q03)^2+(y_q0-y_q03)^2+(z_q0-z_q03)^2＝(0-x₀₃)^2+(0-y₀₃)^2； (1-15)

步骤5：动目标发生移动后，通过移动平台调整遮光板位置，

重新选择三个新的激光模组，并标记，三个新的激光模组的出射激光光束穿过遮光板上的通光孔并在探测器上再次形成新的完整光斑，并记录三个新的完整光斑质心的位置坐标，分别记为：P₀₁'：(x₀₁'y₀₁')、P₀₂'：(x₀₂'y₀₂')、P₀₃'：(x₀₃'y₀₃')；

步骤6：通过建立三个新的激光模组出射激光光束的等效直线方程、步骤5标定的位置坐标以及空间线段长度相等原理，计算动目标移动后三个新的激光模组出射激光光束与探测器交点的空间坐标，该空间坐标等效为待测目标位姿变化后任意三点的空间坐标，记为：P_h01：(x_h01y_h01z_h01)、P_h02：(x_h02y_h02z_h02)、P_h03：(x_h03y_h03z_h03)，此时三个空间点可形成一个新的空间平面方程，记为B；

步骤7：定义探测器中心点坐标为(0,0)，根据二维面线段长度与三维面线段长度相等的原理获得待测目标位姿变化后探测器的中心点空间坐标，记为(x_h0y_h0z_h0)；

可通过式(1-16)至(1-18)获得探测器中心点空间坐标，具体计算式为：

(x_h0-x_h01)^2+(y_h0-y_h01)^2+(z_h0-z_h01)^2＝(0-x₀₁′)^2+(0-y₀₁′)^2； (1-16)

(x_h0-x_h02)^2+(y_h0-y_h02)^2+(z_h0-z_h02)^2＝(0-x₀₂′)^2+(0-y₀₂′)^2； (1-17)

(x_h0-x_h03)^2+(y_h0-y_h03)^2+(z_h0-z_h03)^2＝(0-x₀₃′)^2+(0-y₀₃′)^2； (1-18)

步骤8：通过对待测目标位姿变化前探测器中心点空间坐标(x_q0y_q0z_q0)与待测目标位姿变化前探测器中心点空间坐标(x_h0y_h0z_h0)进行比较，解算出探测器在空间维度的坐标变化，最终获得待测目标位姿的三维平移变化信息；

步骤9：对待测目标位姿变化前得到空间平面方程A的法向指向与待测目标位姿变化后得到空间平面方程B的法向进行比较，最终获得目标位姿的三维角度变化信息。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用多个激光模组、遮光板、移动平台以及探测器构成一个动目标位姿测量系统，通过多个激光模组构成的激光光束阵列覆盖动目标运动范围，遮光板选定出射激光的激光模组位置，并通过安装在动目标上的探测器获取出射激光光斑坐标位置变化，从而得到探测器运动变化信息，最终实现动目标的快速高精度位姿测量。激光阵列发射系统可选用商用激光模组，激光光束性能稳定，成本较为较低。

2、本发明中遮光板由一维电控平移台控制，通过一维电控平移台反馈的位置来确定出射激光束的激光模组位置，不再需要因对激光模组光束区分而导致对激光光束进行调制解调带来的工作量，降低了测量时间和硬件成本，结构形式简单、可靠性好。

3、本发明中探测器有效获取的一组信号至少包括3个光斑，且三个光斑的中心连接构成一个平面，该设计可大幅提高距离的测量精度，若是光斑数超过三个以上，可互相形成多个冗余平面，从而能够提供多组数据进行分析优化，进一步的提高了测量精度。

4、本发明中的底座选用热膨胀系数较小的结构材料(例如：碳纤维、殷钢等)，确保激光模组光束空间发射的稳定性。

5、本发明中激光阵列发射系统出射的多条激光需要覆盖被测动目标的运动范围，并可根据被测动目标的运动范围调整激光模组数量以及底座大小从而增大测量范围，因此该设备具有可扩展性，适应性好且实用性强。

6、本发明中选用激光光束直接打在探测器(没有镜头)表面，一方面有利于提高探测器获取光斑的信噪比，一方面简化计算量，提高测试效率和精度，同时也能节省成本。

附图说明

图1为位姿测量系统结构示意图；

图2为激光阵列发射系统示意图；

图3为光束屏蔽选择系统示意图；

图4为安装遮光罩的探测器示意图；

图5为测量方法的原理示意图。

附图标号说明：

1-激光阵列发射系统、11-底座、12-激光出射单元、121-调整架、122-激光模组；

2-光束屏蔽选择系统、21-遮光板、211-通光孔、22-移动平台；

3-探测器、4-被测动目标、5-遮光罩。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种位姿快速测量系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

实施例

如图1所示，本实施例提供的位姿测量系统基本结构主要包括激光阵列发射系统1、光束屏蔽选择系统2以及探测器3；激光阵列发射系统1输出多条激光光束，多条激光光束的覆盖范围大于待测动目标4移动的范围；光束屏蔽选择系统2和探测器3沿着激光光束的出射方向依次设置，且所述探测器3安装在被测动目标4上。

如图2所示，激光阵列发射系统1包括底座11以及激光出射单元12；底座11上沿横向并排安装至少三组激光出射单元12(本实施例中采用三组)；每组激光出射单元12均包括调整架121以及激光模组122；调整架121上沿纵向呈“一”字形排布有M个激光模组122，M≥1(本实施例中M＝20，每组20个激光出射单元中每个激光模组发射的激光束可标定等效成为一条空间直线)；调整架121固定安装在所述底座11上；

还需要说明是：本实施例中三组激光出射单元12等间距并排设置在所述底座11上；两侧位置激光出射单元12以中间位置激光出射单元11对称设置；两侧位置激光出射单元12的调整架121倾斜安装在所述底座11上。

为减小环境影响，底座11采用热膨胀系数较小的结构材料且在其上可设置多个减重孔，对调整架的调整保证多组激光出射单元发射出激光束在接近探测器位置时相交，所有激光束能够覆盖随待测目标探测器运动的探测器范围；

如图3所示，光束屏蔽选择系统2包括遮光板21以及移动平台22(本实施例中采用一维电控平移台)；遮光板21安装在移动平台22上，遮光板21上开设至少三个通光孔211(本实施例中为三个通光孔)，且每个通光孔211的位置与每组激光出射单元12相对应(通光孔尺寸大于激光模组发射光束口径，随着一维电控平移台的移动，遮光板上挡住激光阵列发射系统出射的大部分光束，仅有三个激光光束可通过通光孔透射出)；三组激光出射单元12通过各自对应的通光孔211后在探测器3上形成的三个光斑的中心连接构成至少一个平面。

优选地，如图4所示，为了遮蔽外部环境杂散光，提高探测器接受信噪比，探测器3光接收面的前方安装遮光罩5(本实施例中遮光罩的形状为喇叭形，亦可用其他形状)。

采用本实施的测量系统进行如下的测量方法，具体步骤如下:

步骤1：分别在三组激光出射单元中通过光束屏蔽选择系统选出三个激光模组，并对三个激光模组进行标记，开启每组激光出射单元，三个激光模组经过遮光板后出射的激光光束等效空间直线方程如下：

L₁:x_j1＝X_j10+t_j1*X_j1； (1-1)

y_j1＝Y_j10+t_j1*Y_j1； (1-2)

z_j1＝Z_j10+t_j1*Z_j1； (1-3)

L₂:x_j2＝X_j20+t_j2*X_j2； (1-4)

y_j2＝Y_j20+t_j2*Y_j2； (1-5)

z_j2＝Z_j20+t_j2*Z_j2； (1-6)

L₃:x_j3＝X_j30+t_j3*X_j3； (1-7)

y_j3＝Y_j30+t_j3*Y_j3； (1-8)

z_j3＝Z_j30+t_j3*Z_j3； (1-9)

上式中：L₁、L₂、L₃分别为三个激光模组出射的三条激光光束空间直线方程；

(x_j1y_j1z_j1)为激光光束空间直线L₁任意一点在空间中的坐标；

(x_j1y_j1z_j1)为激光光束空间直线L₂任意一点在空间中的坐标；

(x_j1y_j1z_j1)为激光光束空间直线L₃任意一点在空间中的坐标；

X_j10、Y_j10、Z_j10、X_j1、Y_j1、Z_j1、X_j20、Y_j20、Z_j20、X_j2、Y_j2、Z_j2、X_j30、Y_j30、Z_j30、X_j3、Y_j3、Z_j3为直线方程常数；t_j1、t_j2、t_j3为直线方程变参数；

步骤2：在探测器上获得每个三个激光模组出射激光光束在探测器上所形成的光斑质心所在位置坐标，分别记为：

P₀₁：(x₀₁y₀₁)、P₀₂：(x₀₂y₀₂)、P₀₃：(x₀₃y₀₃)；

步骤3：通过步骤1建立的等效直线方程、步骤2获得的位置坐标以及空间线段长度相等原理，计算三个激光模组出射激光光束与探测器相交光斑质心的空间坐标，该空间坐标定义为待测目标位姿变化前的三个光斑质心空间坐标，记为：P_q01：(x_q01y_q01z_q01)、P_q02：(x_q02y_q02z_q02)、P_q03：(x_q03y_q03z_q03)；

具体计算过程如下：

根据空间线段长度相等的原理有：

(x_q01-x_q02)^2+(y_q01-y_q02)^2+(z_q01-z_q02)^2＝(x₀₂-x₀₁)^2+(y₀₂-y₀₁)^2； (1-10)

(x_q03-x_q02)^2+(y_q03-y_q02)^2+(z_q03-z_q02)^2＝(x₀₂-x₀₃)^2+(y₀₂-y₀₃)^2； (1-11)

(x_q03-x_q01)^2+(y_q03-y_q01)^2+(z_q03-z_q01)^2＝(x₀₁-x₀₃)^2+(y₀₁-y₀₃)^2； (1-12)

连理式(1-1)～(1-12)即可计算得出待测目标位姿变化前任意三点的空间坐标，P_q01：(x_q01y_q01z_q01)、P_q02：(x_q02y_q02z_q02)P_q03：(x_q03y_q03z_q03)，此时三个空间点可形成一个空间平面方程，记为A；

步骤4：定义探测器中心点坐标为(0,0)，根据二维面线段长度与三维面线段长度相等的原理获得待测目标位姿变化前探测器的中心点空间坐标，记为(x_q0y_q0z_q0)；

可通过式(1-13)至(1-15)获得探测器中心点空间坐标，具体计算式为：

x_q0-x_q01)^2+(y_q0-y_q01)^2+(z_q0-z_q01)^2＝(0-x₀₁)^2+(0-y₀₁)^2； (1-13)

(x_q0-x_q02)^2+(y_q0-y_q02)^2+(z_q0-z_q02)^2＝(0-x₀₂)^2+(0-y₀₂)^2； (1-14)

(x_q0-x_q03)^2+(y_q0-y_q03)^2+(z_q0-z_q03)^2＝(0-x₀₃)^2+(0-y₀₃)^2； (1-15)

步骤5：动目标发生移动后，通过移动平台调整遮光板位置，重新选择三个新的激光模组，并标记，三个新的激光模组的出射激光光束穿过遮光板上的通光孔并在探测器上再次形成新的完整光斑，并记录三个新的完整光斑质心的位置坐标，分别记为：P₀₁'：(x₀₁'y₀₁')、P₀₂'：(x₀₂'y₀₂')、P₀₃'：(x₀₃'y₀₃')；

步骤6：通过建立三个新的激光模组出射激光光束的等效直线方程、步骤5标定的位置坐标以及空间线段长度相等原理，计算动目标移动后三个新的激光模组出射激光光束与探测器交点的空间坐标，该空间坐标等效为待测目标位姿变化后任意三点的空间坐标，记为：P_h01：(x_h01y_h01z_h01)、P_h02：(x_h02y_h02z_h02)、P_h03：(x_h03y_h03z_h03)，此时三个空间点可形成一个新的空间平面方程，记为B；

步骤7：定义探测器中心点坐标为(0,0)，根据二维面线段长度与三维面线段长度相等的原理获得待测目标位姿变化后探测器的中心点空间坐标，记为(x_h0y_h0z_h0)；

可通过式(1-16)至(1-18)获得探测器中心点空间坐标，具体计算式为：

(x_h0-x_h01)^2+(y_h0-y_h01)^2+(z_h0-z_h01)^2＝(0-x₀₁′)^2+(0-y₀₁′)^2； (1-16)

(x_h0-x_h02)^2+(y_h0-y_h02)^2+(z_h0-z_h02)^2＝(0-x₀₂′)^2+(0-y₀₂′)^2； (1-17)

(x_h0-x_h03)^2+(y_h0-y_h03)^2+(z_h0-z_h03)^2＝(0-x₀₃′)^2+(0-y₀₃′)^2； (1-18)

步骤8：通过对待测目标位姿变化前探测器中心点空间坐标(x_q0y_q0z_q0)与待测目标位姿变化前探测器中心点空间坐标(x_h0y_h0z_h0)进行比较，解算出探测器在空间维度的坐标变化，最终获得待测目标位姿的三维平移变化信息；

步骤9：对待测目标位姿变化前得到空间平面方程A的法向指向与待测目标位姿变化后得到空间平面方程B的法向进行比较，最终获得目标位姿的三维角度变化信息,如图5所示。

最后所应说明的是，上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种位姿快速测量系统，其特征在于：

包括激光阵列发射系统、光束屏蔽选择系统以及探测器；

激光阵列发射系统输出多条激光光束，多条激光光束的覆盖范围大于待测动目标移动的范围；激光光束屏蔽选择系统和探测器沿着激光光束的出射方向依次设置，且所述探测器安装在被测动目标上；

激光阵列发射系统包括底座以及激光出射单元；底座上沿横向并排安装至少三组激光出射单元；每个激光出射单元均包括调整架以及激光模组；调整架上沿纵向呈“一”字形排布有M个激光模组，M≥1；调整架固定安装在所述底座上；

光束屏蔽选择系统包括遮光板以及移动平台；遮光板安装在所述移动平台上，遮光板上开设至少三个通光孔，且每个通光孔的位置与每组激光出射单元相对应；

至少三组激光出射单元的出射激光通过各自对应的通光孔后在探测器上形成的至少三个光斑，至少三个光斑中心连接构成至少一个平面。

2.根据权利要求1所述的位姿快速测量系统，其特征在于：所述激光出射单元设置有三组。

3.根据权利要求1或2所述的位姿快速测量系统，其特征在于：所述移动平台为一维电控平移台，且一维电控平移台上设置有M个位置标记，每个位置标记对应一个激光模组。

4.根据权利要求3所述的位姿快速测量系统，其特征在于：还包括遮光罩，所述遮光罩安装在探测器光接收面的前方。

5.根据权利要求4所述的位姿快速测量系统，其特征在于：所述底座采用碳纤维材料或殷钢制作。

6.根据权利要求5所述的位姿快速测量系统，其特征在于：所述底座上开设有多个减重孔。

7.根据权利要求7所述的位姿快速测量系统，其特征在于：所述探测器的接收表面前端不安装镜头。

8.一种位姿快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：分别在三组激光出射单元中通过光束屏蔽选择系统选出三个激光模组，并对三个激光模组进行标记，开启每组激光出射单元，三个激光模组经过遮光板后出射的激光光束等效空间直线方程如下：

L₁:x_j1＝X_j10+t_j1*X_j1； (1-1)

y_j1＝Y_j10+t_j1*Y_j1； (1-2)

z_j1＝Z_j10+t_j1*Z_j1； (1-3)

L₂:x_j2＝X_j20+t_j2*X_j2； (1-4)

y_j2＝Y_j20+t_j2*Y_j2； (1-5)

z_j2＝Z_j20+t_j2*Z_j2； (1-6)

L₃:x_j3＝X_j30+t_j3*X_j3； (1-7)

y_j3＝Y_j30+t_j3*Y_j3； (1-8)

z_j3＝Z_j30+t_j3*Z_j3； (1-9)

上式中：L₁、L₂、L₃分别为三个激光模组出射的三条激光光束空间直线方程；

(x_j1 y_j1 z_j1)为激光光束空间直线L₁任意一点在空间中的坐标；

(x_j1 y_j1 z_j1)为激光光束空间直线L₂任意一点在空间中的坐标；

(x_j1 y_j1 z_j1)为激光光束空间直线L₃任意一点在空间中的坐标；

X_j10、Y_j10、Z_j10、X_j1、Y_j1、Z_j1、X_j20、Y_j20、Z_j20、X_j2、Y_j2、Z_j2、X_j30、Y_j30、Z_j30、X_j3、Y_j3、Z_j3为直线方程常数；t_j1、t_j2、t_j3为直线方程变参数；

步骤2：在探测器上获得每个三个激光模组出射激光光束在探测器上所形成的光斑质心所在位置坐标，分别记为：

P₀₁：(x₀₁ y₀₁)、P₀₂：(x₀₂ y₀₂)、P₀₃：(x₀₃ y₀₃)；

步骤3：通过步骤1建立的等效直线方程、步骤2获得的位置坐标以及空间线段长度相等原理，计算三个激光模组出射激光光束与探测器相交光斑质心的空间坐标，该空间坐标定义为待测目标位姿变化前的三个光斑质心空间坐标，记为：P_q01：(x_q01 y_q01 z_q01)、P_q02：(x_q02y_q02 z_q02)、P_q03：(x_q03 y_q03 z_q03)；

具体计算过程如下：

根据空间线段长度相等的原理有：

(x_q01-x_q02)^2+(y_q01-y_q02)^2+(z_q01-z_q02)^2＝(x₀₂-x₀₁)^2+(y₀₂-y₀₁)^2； (1-10)

(x_q03-x_q02)^2+(y_q03-y_q02)^2+(z_q03-z_q02)^2＝(x₀₂-x₀₃)^2+(y₀₂-y₀₃)^2； (1-11)

(x_q03-x_q01)^2+(y_q03-y_q01)^2+(z_q03-z_q01)^2＝(x₀₁-x₀₃)^2+(y₀₁-y₀₃)^2； (1-12)

连理式(1-1)～(1-12)即可计算得出待测目标位姿变化前任意三点的空间坐标，P_q01：(x_q01 y_q01 z_q01)、P_q02：(x_q02 y_q02 z_q02)P_q03：(x_q03 y_q03 z_q03)，此时三个空间点可形成一个空间平面方程，记为A；

步骤4：定义探测器中心点坐标为(0,0)，根据二维面线段长度与三维面线段长度相等的原理获得待测目标位姿变化前探测器的中心点空间坐标，记为(x_q0 y_q0 z_q0)；

可通过式(1-13)至(1-15)获得探测器中心点空间坐标，具体计算式为：

x_q0-x_q01)^2+(y_q0-y_q01)^2+(z_q0-z_q01)^2＝(0-x₀₁)^2+(0-y₀₁)^2； (1-13)

(x_q0-x_q02)^2+(y_q0-y_q02)^2+(z_q0-z_q02)^2＝(0-x₀₂)^2+(0-y₀₂)^2； (1-14)

(x_q0-x_q03)^2+(y_q0-y_q03)^2+(z_q0-z_q03)^2＝(0-x₀₃)^2+(0-y₀₃)^2； (1-15)

步骤5：动目标发生移动后，通过移动平台调整遮光板位置，重新选择三个新的激光模组，并标记，三个新的激光模组的出射激光光束穿过遮光板上的通光孔并在探测器上再次形成新的完整光斑，并记录三个新的完整光斑质心的位置坐标，分别记为：P₀₁'：(x₀₁'y₀₁')、P₀₂'：(x₀₂'y₀₂')、P₀₃'：(x₀₃'y₀₃')；

步骤6：通过建立三个新的激光模组出射激光光束的等效直线方程、步骤5标定的位置坐标以及空间线段长度相等原理，计算动目标移动后三个新的激光模组出射激光光束与探测器交点的空间坐标，该空间坐标等效为待测目标位姿变化后任意三点的空间坐标，记为：P_h01：(x_h01 y_h01 z_h01)、P_h02：(x_h02 y_h02 z_h02)、P_h03：(x_h03 y_h03 z_h03)，此时三个空间点可形成一个新的空间平面方程，记为B；

步骤7：定义探测器中心点坐标为(0,0)，根据二维面线段长度与三维面线段长度相等的原理获得待测目标位姿变化后探测器的中心点空间坐标，记为(x_h0 y_h0 z_h0)；

可通过式(1-16)至(1-18)获得探测器中心点空间坐标，具体计算式为：

(x_h0-x_h01)^2+(y_h0-y_h01)^2+(z_h0-z_h01)^2＝(0-x₀₁′)^2+(0-y₀₁′)^2； (1-16)

(x_h0-x_h02)^2+(y_h0-y_h02)^2+(z_h0-z_h02)^2＝(0-x₀₂′)^2+(0-y₀₂′)^2； (1-17)

(x_h0-x_h03)^2+(y_h0-y_h03)^2+(z_h0-z_h03)^2＝(0-x₀₃′)^2+(0-y₀₃′)^2； (1-18)

步骤8：通过对待测目标位姿变化前探测器中心点空间坐标(x_q0y_q0 z_q0)与待测目标位姿变化前探测器中心点空间坐标(x_h0 y_h0 z_h0)进行比较，解算出探测器在空间维度的坐标变化，最终获得待测目标位姿的三维平移变化信息；

步骤9：对待测目标位姿变化前得到空间平面方程A的法向指向与待测目标位姿变化后得到空间平面方程B的法向进行比较，最终获得目标位姿的三维角度变化信息。