CN112525171A - 一种大空间高精度位姿测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大空间高精度位姿测量系统，包括第一光电靶、测距仪、激光仪、分光镜、第二光电靶和影像处理芯片，车辆位于第一光电靶和第二光电靶之间，第一光电靶、测距仪和第二光电靶分别与影像处理芯片电连接；测距仪位于车辆上方，用于测量车辆移动的距离；激光仪和分光镜均安装在车辆上，车辆在移动过程中，激光仪发出的激光通过分光镜分别发射到第一光电靶和第二光电靶上，第一光电靶和第二光电靶将接收到的激光转变为电子信号，并通过影像处理芯片处理后获得车辆的运动状态信息。

Description

一种大空间高精度位姿测量系统

技术领域

本发明属于实时检测位姿系统技术领域，具体涉及一种大空间高精度位姿测量系统。

背景技术

全站仪可以测量角度、斜距、平距和坐标，具有激光对点功能，全站仪通过边角测量法来测量距离，利用相似三角形，激光测量出一边的距离和夹角，计算得出远距离高度。当高度值较大或对边距离大时，由于测角精度不高，导致测量误差大，精度不高。本发明采用的是三边测量法，能够通过激光准确测量激光仪到光电靶的距离，准确得到两个时刻的点坐标，计算得到两个时刻的偏转距离，使用勾股定理计算得到另一边的距离。精确度得到了大大提高。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便且能实时精确车辆的位姿的大空间高精度位姿测量系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大空间高精度位姿测量系统，包括第一光电靶、测距仪、激光仪、分光镜、第二光电靶和影像处理芯片，车辆位于第一光电靶和第二光电靶之间，第一光电靶、测距仪和第二光电靶分别与影像处理芯片电连接；测距仪位于车辆上方，用于测量车辆移动的距离；激光仪和分光镜均安装在车辆上，车辆在移动过程中，激光仪发出的激光通过分光镜分别发射到第一光电靶和第二光电靶上，第一光电靶和第二光电靶将接收到的激光转变为电子信号，并通过影像处理芯片处理后获得车辆的运动状态信息。

优选地，所述测距仪上安装有编码器，编码器具有自动清零计算的功能。

优选地，所述车辆运动一段距离后，编码器自动清零并计算该段流程的距离，车辆运行过程中将编码器计算的每一段路程的距离相加，从而获得车辆运行的总距离。

优选地，所述激光仪发出的激光照射在第一光电靶和第二光电靶上形成光斑A和光斑B，光斑A在第一光电靶上的点坐标为A(xa,ya)，光斑B在第二光电靶上的点坐标为B(xb,yb)，连接A点和B点为直线AB，通过直线AB的坐标值反应车辆的姿态信息。

优选地，所述车辆运动时发生偏转和上下颠簸时，激光在第一光电靶和第二光电靶上形成的光斑为光斑A1和光斑B1，对应光斑A1的坐标为A1(xa1,ya1),光斑B1的坐标为B1(xb1,yb1)，连接A点和A1点形成AA1直线从而得到车辆的偏移角度和距离，继而判断车辆的运动状态。

优选地，所述影像处理芯片中设定光斑A和光斑B之间的距离设为S，测距仪测得车辆与光斑B的距离设为L，车辆设定为C点，影像处理芯片通过斜率修正法得到C点的相对斜率和对应的距离值，测距仪的测量精度位于实时测量精度和标定位置精度之间，从而确定车辆行驶的位置。

优选地，所述测距仪测量车辆距离第二光电靶的距离，车辆运动过程中，激光仪通过分光镜在第二光电靶形成不同坐标点，通过计算得到偏转的距离，从而得出车辆的偏转状态。

优选地，所述分光镜为45°分光镜。

本发明的有益效果是：本发明所提供的一种大空间高精度位姿测量系统，通过激光仪发射激光，经45°分光镜把光反射到光电靶上，打在光电靶感光片阵列的光源转换成电子信号。可以准确计算得到车辆的位置，距离光电靶B的距离L。连接两点坐标得到直线，基于三边测距方法，精确测得车辆的左右偏转距离、角度，上下的颠簸程度。比传统的边角测距方法精度更高，连接同一光电靶的两组数据，可以得到车辆顺逆时针旋转角度。

附图说明

图1是本发明一种大空间高精度位姿测量系统的结构示意图；

图2时本发明第一光电靶的放大结构示意图；

图3是本发明的位姿计算图。

附图标记说明：1、第一光电靶；2、测距仪；3、激光仪；4、分光镜；5、第二光电靶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1到图3所示，本发明提供的一种大空间高精度位姿测量系统，包括第一光电靶1、测距仪2、激光仪3、分光镜4、第二光电靶5和影像处理芯片，车辆位于第一光电靶1和第二光电靶5之间，第一光电靶1、测距仪2和第二光电靶5分别与影像处理芯片电连接。测距仪2位于车辆上方，用于测量车辆移动的距离。激光仪3和分光镜4均安装在车辆上，车辆在移动过程中，激光仪3发出的激光通过分光镜4分别发射到第一光电靶1和第二光电靶5上，第一光电靶1和第二光电靶5将接收到的激光转变为电子信号，并通过影像处理芯片处理后获得车辆的运动状态信息。

测距仪2上安装有编码器，编码器具有自动清零计算的功能。在本实施例中，第一光电靶1、测距仪2、激光仪3、分光镜4、第二光电靶5和影像处理芯片均为现有成熟技术设备，分光镜4为45°分光镜。

车辆运动一段距离后，编码器自动清零并计算该段流程的距离，车辆运行过程中将编码器计算的每一段路程的距离相加，从而获得车辆运行的总距离。

激光仪3发出的激光照射在第一光电靶1和第二光电靶5上形成光斑A和光斑B，光斑A在第一光电靶1上的点坐标为A(xa,ya)，光斑B在第二光电靶5上的点坐标为B(xb,yb)，连接A点和B点为直线AB，通过直线AB的坐标值反应车辆的姿态信息。

车辆运动时发生偏转和上下颠簸时，激光在第一光电靶1和第二光电靶5上形成的光斑为光斑A1和光斑B1，对应光斑A1的坐标为A1(xa1,ya1),光斑B1的坐标为B1(xb1,yb1)，连接A点和A1点形成AA1直线从而得到车辆的偏移角度和距离，继而判断车辆的运动状态。

影像处理芯片中设定光斑A和光斑B之间的距离设为S，测距仪2测得车辆与光斑B的距离设为L，车辆设定为C点，影像处理芯片通过斜率修正法得到C点的相对斜率和对应的距离值，测距仪2的测量精度位于实时测量精度和标定位置精度之间，从而确定车辆行驶的位置。

测距仪2测量车辆距离第二光电靶5的距离，车辆运动过程中，激光仪3通过分光镜4在第二光电靶5形成不同坐标点，通过计算得到偏转的距离，从而得出车辆的偏转状态。

为了便于理解本发明的工作原理，将本发明的工作过程叙述一遍：

本发明采用两种方法进行测距：

第一种方法为分段标定的方法进行测距，设置第一光电靶1和第二光电靶5为标定点，第一光电靶1和第二光电靶5之间的距离为设为S，测距仪上面装有编码器，为了防止累积误差的增大，当经过一段路程后，编码器自动清零计算该段路程的距离，再把每一段路程的距离相加得到总的行驶距离。当车辆行驶至设定点时，通过测距仪测得光源与第二光电靶5的距离为L。采用斜率修正方法，得到车辆在设定点的相对斜率对应的距离值，其测距精度位于实时测量精度和标定位置精度之间，大大提高了测距精度，从而确定车辆行驶的位置。

第二种方法是将激光仪3安装在车辆上面，第一光电靶1和第二光电靶5作为参照物。激光仪3上的激光源发射激光到分光镜4表面，经45°分光镜作用分别向第一光电靶1和第二光电靶5发射，激光光斑打在光电靶感光片阵列上分别形成光斑A和光斑B。将光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，通过处理光源信号，可以获得光斑在第一光电靶1和第二光电靶5上的点坐标A(xa,ya),B(xb,yb),连接两点得到直线AB(xa/xb,ya/yb)。能够得到车辆的姿态信息。车辆发生左右偏斜和上下颠簸状态。当光源发生偏转时，将获得点坐标A1(xa1,ya1),B1(xb1,yb1),并获得第二条直线A1B1(xa1/xb1,ya1/yb1),通过连接AA1两点间的直线，可以得到车辆的旋转角度和距离，判断车辆的运动状态。其中A(xa,ya)、B(xb,yb)、AB(xa/xb,ya/yb)、A1(xa1,ya1)、B1(xb1,yb1)、A1B1(xa1/xb1,ya1/yb1)为A点、B点、直线AB、直线AA1、直线A1B1的直线坐标值。

本发明通过对测量数据的分析，可以得到车辆的行驶位置和所处运动状态。分析多组数据可以得到车辆改变的运动状态。

测量车辆所在位置和状态的方法是安装在车辆上的激光仪3发射激光，经45°分光镜反射激光在第一光电靶1和第二光电靶5上，通过时间速度的计算公式，得到车辆距离第一光电靶1和第二光电靶5的距离，连接光电靶上的坐标获得连线，得到车辆的左右上下的偏斜状态。通过以上方法得到多组坐标的连线，可以得到车辆下一状态和上一状态对比，车辆的顺逆时针旋转角度等参数。测距仪2为编码器测距，采用分段标定的方法，为了减小测量的累积误差，编码器测量一段距离后自动清零，重新进行测距，再把每一段的距离相加得到车辆的距离位置，再用斜率修正方式，进一步减小测距误差。

本发所采用实时精确测量车辆的位姿的方法，第一种方法是使用激光测距法测得车辆的位置。第二种方法是使用编码器测得车辆的位置，采用分段标定的方法得到准确的距离，再使用斜率进行修正，得到精确的测量距离。通过分光镜4反射的光斑打在第一光电靶1和第二光电靶5的感光片阵列上面，处理光斑信号为数字信号，获得光斑坐标，连线可以得到车的左右偏斜和上下颠簸。当连接同一光电靶两个坐标时，还能得到车辆顺逆时针的旋转状态。比传统的边角测距方法精度更高，适用范围更广，实用性更强。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：包括第一光电靶(1)、测距仪(2)、激光仪(3)、分光镜(4)、第二光电靶(5)和影像处理芯片，车辆位于第一光电靶(1)和第二光电靶(5)之间，第一光电靶(1)、测距仪(2)和第二光电靶(5)分别与影像处理芯片电连接；测距仪(2)位于车辆上方，用于测量车辆移动的距离；激光仪(3)和分光镜(4)均安装在车辆上，车辆在移动过程中，激光仪(3)发出的激光通过分光镜(4)分别发射到第一光电靶(1)和第二光电靶(5)上，第一光电靶(1)和第二光电靶(5)将接收到的激光转变为电子信号，并通过影像处理芯片处理后获得车辆的运动状态信息。

2.根据权利要求1所述的一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：所述测距仪(2)上安装有编码器，编码器具有自动清零计算的功能。

3.根据权利要求2所述的一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：所述车辆运动一段距离后，编码器自动清零并计算该段流程的距离，车辆运行过程中将编码器计算的每一段路程的距离相加，从而获得车辆运行的总距离。

4.根据权利要求2所述的一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：所述激光仪(3)发出的激光照射在第一光电靶(1)和第二光电靶(5)上形成光斑A和光斑B，光斑A在第一光电靶(1)上的点坐标为A(xa,ya)，光斑B在第二光电靶(5)上的点坐标为B(xb,yb)，连接A点和B点为直线AB，通过直线AB的坐标值反应车辆的姿态信息。

5.根据权利要求4所述的一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：所述车辆运动时发生偏转和上下颠簸时，激光在第一光电靶(1)和第二光电靶(5)上形成的光斑为光斑A1和光斑B1，对应光斑A1的坐标为A1(xa1,ya1),光斑B1的坐标为B1(xb1,yb1)，连接A点和A1点形成AA1直线从而得到车辆的偏移角度和距离，继而判断车辆的运动状态。

6.根据权利要求4所述的一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：所述影像处理芯片中设定光斑A和光斑B之间的距离设为S，测距仪(2)测得车辆与光斑B的距离设为L，车辆设定为C点，影像处理芯片通过斜率修正法得到C点的相对斜率和对应的距离值，测距仪(2)的测量精度位于实时测量精度和标定位置精度之间，从而确定车辆行驶的位置。

7.根据权利要求1所述的一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：所述测距仪(2)测量车辆距离第二光电靶(5)的距离，车辆运动过程中，激光仪(3)通过分光镜(4)在第二光电靶(5)形成不同坐标点，通过计算得到偏转的距离，从而得出车辆的偏转状态。

8.根据权利要求1所述的一种大空间高精度位姿测量系统，其特征在于：所述分光镜(4)为45°分光镜。

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