CN114543664A - 一种基于激光扫描的加油锥套定位方法及装置 - Google Patents

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CN114543664A CN202111654915.0A CN202111654915A CN114543664A CN 114543664 A CN114543664 A CN 114543664A CN 202111654915 A CN202111654915 A CN 202111654915A CN 114543664 A CN114543664 A CN 114543664A
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Abstract

本申请属于飞机加受油技术领域，具体涉及一种基于激光扫描的加油锥套定位方法及装置。该方法包括步骤S1、在三维激光扫描仪的内部坐标系统下，获取激光在水平面内偏转第一角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第一坐标点及第二坐标点；步骤S2、获取激光在水平面内偏转第二角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第三坐标点及第四坐标点；步骤S3、基于四个坐标点确定加油锥套末端所在平面的平面方程；步骤S4、根据所述平面方程，以及加油锥套中心点到四个坐标点的距离相等的条件，确定加油锥套中心点。本申请能够实现加油锥套的自主定位，定位过程算法简单，实时性强，且整个定位过程不受光照条件的影响，能满足工程实际需求。

Description

一种基于激光扫描的加油锥套定位方法及装置
技术领域
本申请属于飞机加受油技术领域，具体涉及一种基于激光扫描的加油锥套定位方法及装置。
背景技术
在飞行器的空中加油任务中，受油探头与加油锥套的对接是一项关键操作。为完成对接操作，首先必须对加油锥套进行定位。在人工空中加油任务中，受油机的驾驶员以目视方式完成对加油锥套的定位。而在自主空中加油任务中，则需要利用受油机的机载传感器完成对加油锥套的定位。
目前对加油锥套进行定位的机载传感器主要是机器视觉相对定位系统，由系统中的相机获取加油锥套的图像，进而通过数字图像处理算法完成加油锥套的识别与定位。
这种方法存在一定的不足：获取的信息过于复杂、不便于实时处理；在光照条件不良时定位的精度显著下降，甚至无法实现定位。
为此有必要研究更适合工程应用的加油锥套定位方法。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种基于激光扫描的加油锥套定位方法及装置，针对自主空中加油任务对加油锥套精确定位的需求，提供加油锥套精确自主定位方法。
本申请第一方面提供了一种基于激光扫描的加油锥套定位方法，主要包括：
步骤S1、在三维激光扫描仪的内部坐标系统下，获取激光在水平面内偏转第一角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第一坐标点及第二坐标点；
步骤S2、获取激光在水平面内偏转第二角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第三坐标点及第四坐标点；
步骤S3、基于四个坐标点确定加油锥套末端所在平面的平面方程；
步骤S4、根据所述平面方程，以及加油锥套中心点到四个坐标点的距离相等的条件，确定加油锥套中心点。
优选的是，步骤S1中，确定所述第一坐标点及第二坐标点包括：
步骤S11、获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第一角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
步骤S12、基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，其中所述第一坐标点与第二坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第一坐标点之前的多个连续扫描距离小于第一坐标点对应的扫描距离，所述第二坐标点之后的多个连续扫描距离小于第二坐标点对应的扫描距离；
步骤S13、根据所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第一坐标点及第二坐标点的坐标。
优选的是，步骤S2中，确定所述第三坐标点及第四坐标点包括：
步骤S21、获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第二角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
步骤S22、基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，其中所述第三坐标点及第四坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第三坐标点之前的多个连续扫描距离小于第三坐标点对应的扫描距离，所述第四坐标点之后的多个连续扫描距离小于第四坐标点对应的扫描距离；
步骤S23、根据所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第三坐标点及第四坐标点。
优选的是，步骤S2之后，进一步包括：
步骤S21、确定所获取的第一坐标点、第二坐标点、第三坐标点及第四坐标点位于同一个采集周期内，若同一个周期采集的加油锥套末端圆环上的点不足四个，则重新进行采集。
优选的是，步骤S4之后，进一步包括：
步骤S5、根据给定的加油锥套末端圆环的半径对所述加油锥套中心点进行校核，若给定的加油锥套末端圆环的半径与计算的加油锥套末端圆环的半径的相对误差超过设定值，则重新计算加油锥套中心点，对加油锥套进行重定位。
本申请第二方面提供了一种基于激光扫描的加油锥套定位装置，主要包括：
第一坐标及第二坐标获取模块，用于在三维激光扫描仪的内部坐标系统下，获取激光在水平面内偏转第一角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第一坐标点及第二坐标点；
第三坐标及第四坐标获取模块，用于获取激光在水平面内偏转第二角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第三坐标点及第四坐标点；
平面方程确定模块，用于基于四个坐标点确定加油锥套末端所在平面的平面方程；
加油锥套中心点确定模块，用于根据所述平面方程，以及加油锥套中心点到四个坐标点的距离相等的条件，确定加油锥套中心点。
优选的是，所述第一坐标及第二坐标获取模块包括：
第一角度下连续扫描距离获取单元，用于获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第一角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
第一第二坐标扫描距离确定单元，用于基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，其中所述第一坐标点与第二坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第一坐标点之前的多个连续扫描距离小于第一坐标点对应的扫描距离，所述第二坐标点之后的多个连续扫描距离小于第二坐标点对应的扫描距离；
第一第二坐标确定单元，用于根据所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第一坐标点及第二坐标点的坐标。
优选的是，所述第三坐标及第四坐标获取模块包括：
第二角度下连续扫描距离获取单元，用于获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第二角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
第三第四坐标扫描距离确定单元，用于基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，其中所述第三坐标点及第四坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第三坐标点之前的多个连续扫描距离小于第三坐标点对应的扫描距离，所述第四坐标点之后的多个连续扫描距离小于第四坐标点对应的扫描距离；
第三第四坐标确定单元，用于根据所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第三坐标点及第四坐标点。
优选的是，所述基于激光扫描的加油锥套定位装置还包括采集判定模块，用于确定所获取的第一坐标点、第二坐标点、第三坐标点及第四坐标点位于同一个采集周期内，若同一个周期采集的加油锥套末端圆环上的点不足四个，则重新进行采集。
优选的是，所述基于激光扫描的加油锥套定位装置还包括校核模块，用于根据给定的加油锥套末端圆环的半径对所述加油锥套中心点进行校核，若给定的加油锥套末端圆环的半径与计算的加油锥套末端圆环的半径的相对误差超过设定值，则重新计算加油锥套中心点，对加油锥套进行重定位。
本申请可以实现加油锥套的自主定位，定位过程算法简单，实时性强，且整个定位过程不受光照条件的影响，能满足工程实际需求。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于激光扫描的加油锥套定位方法的流程图。
图2为本申请实施例提供的三维激光扫描仪坐标系构建示意图；
图3为本申请实施例提供的三维激光扫描仪扫描示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请第一方面提供了一种基于激光扫描的加油锥套定位方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、在三维激光扫描仪的内部坐标系统下，获取激光在水平面内偏转第一角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第一坐标点及第二坐标点；
步骤S2、获取激光在水平面内偏转第二角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第三坐标点及第四坐标点；
步骤S3、基于四个坐标点确定加油锥套末端所在平面的平面方程；
步骤S4、根据所述平面方程，以及加油锥套中心点到四个坐标点的距离相等的条件，确定加油锥套中心点。
在步骤S1中，三维激光扫描仪的内部坐标系统如图2所示，Y轴在水平扫描面内过激光光束中心指向正前方，X轴在水平扫描面内过激光光束中心与Y轴垂直，Z轴过激光光束中心与水平扫描面垂直。θ为激光束与OXY平面的夹角，α为激光束在OXY面的投影与OY轴的夹角。扫描的目标点坐标为(x,y,z),原点O距目标点的距离为S。目标点的直角坐标可表示为
Figure BDA0003448025660000051
当受油机与加油机的间隔小于规定值时，开始对加油锥套搜索定位。启动三维激光扫描仪对加油锥套进行扫描，三维激光扫描仪的旋转光头在水平面内连续转动，同时转镜在竖直面内做往复运动。激光束有可能照射在加油锥套上，也有可能照射在加油机机体上，根据目标点距坐标原点O的距离S、加油机与受油机之间的间距、加油软管的长度可以判断激光束是否照射在加油锥套上。
在一些可选实施方式中，步骤S1中，确定所述第一坐标点及第二坐标点包括：
步骤S11、获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第一角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
步骤S12、基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，其中所述第一坐标点与第二坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第一坐标点之前的多个连续扫描距离小于第一坐标点对应的扫描距离，所述第二坐标点之后的多个连续扫描距离小于第二坐标点对应的扫描距离；
步骤S13、根据所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第一坐标点及第二坐标点的坐标。
在一些可选实施方式中，步骤S2中，确定所述第三坐标点及第四坐标点包括：
步骤S21、获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第二角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
步骤S22、基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，其中所述第三坐标点及第四坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第三坐标点之前的多个连续扫描距离小于第三坐标点对应的扫描距离，所述第四坐标点之后的多个连续扫描距离小于第四坐标点对应的扫描距离；
步骤S23、根据所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第三坐标点及第四坐标点。
以上两个实施例给出了四个坐标点的获取方法，其原理说明如下。
设激光束在OXY平面内的投影与OY的夹角为α，当激光束与OXY平面的夹角为θ1时，激光束恰好照在加油锥套末端圆环上的A点，A点与O点的距离为S1；当激光束与OXY平面的夹角为θn时，激光束恰好照在加油锥套末端圆环上的B点，B点与O点的距离为Sn。当激光束与OXY平面的夹角为θi(i＝2，3，......，n-1)时，激光束将照射进加油锥套的内部，记相应的距离为Si。设θ1＜θ2＜…＜θn，根据加油锥套的几何特征，在距离Si(i＝1，2，......，n)中必然存在某距离Sj，使得S1＜S2＜…＜Sj且Sn＜Sn-1＜…＜Sj+1。
基于上述原理可知，当激光束在竖直面内移动时，自机体到加油锥套，再从加油锥套到机体，激光获取的距离先变大后变小，在加油锥套内部移动时，激光获取的距离先变小后变大，也就是在加油锥套末端环面上，激光距离最小，由此可以获得四个坐标点的坐标。
在一些可选实施方式中，步骤S2之后，进一步包括：
步骤S21、确定所获取的第一坐标点、第二坐标点、第三坐标点及第四坐标点位于同一个采集周期内，若同一个周期采集的加油锥套末端圆环上的点不足四个，则重新进行采集。
该实施例中，在一个数据采集周期ΔT内，对加油锥套进行扫描，若在此期间得到了加油锥套末端圆环上的4个点，则本次采得的数据有效；若在此期间得到的加油锥套末端圆环上的点不足4个，则本次采集所得数据无效，重新启动下一数据采集周期，直到所采得的数据有效为止。
之后在步骤S3中进行加油锥套末端圆环所在平面拟合，设三维激光扫描仪对加油锥套进行扫描，得到了加油锥套末端圆环上的4个点A、B、C、D。利用各点相应的数据，根据式(1)计算出各点的直角坐标分别为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)、(x4，y4，z4)。
设加油锥套末端圆环所在平面的方程为：
x+by+cz＝d (2)
其中b、c、d为常数。
把点A、B、C、D的直角坐标分别代入式(2)，得方程组：
Figure BDA0003448025660000071
整理，得：
Figure BDA0003448025660000072
令
Figure BDA0003448025660000073
利用最小二乘法求得：
Figure BDA0003448025660000074
至此，得到了加油锥套末端圆环所在平面的方程。
最后，在步骤S4中进行加油锥套末端圆环的圆心求解。设圆心P的坐标为(x0，y0，z0)，则应满足：
x0+by0+cz0＝d (6)
由PA＝PB与PA＝PC，得：
Figure BDA0003448025660000081
Figure BDA0003448025660000082
联立方程(6)、(7)、(8)，可求得圆心坐标(x0，y0，z0)。
在一些可选实施方式中，步骤S4之后，进一步包括：
步骤S5、根据给定的加油锥套末端圆环的半径对所述加油锥套中心点进行校核，若给定的加油锥套末端圆环的半径与计算的加油锥套末端圆环的半径的相对误差超过设定值，则重新计算加油锥套中心点，对加油锥套进行重定位。
步骤S5用于对计算的加油锥套中心点进行验算，设加油锥套末端圆环的半径为R。根据第3步求得的圆心坐标(x0，y0，z0)，可求得：
Figure BDA0003448025660000083
Figure BDA0003448025660000084
PA、PD与半径R的接近程度越好，说明本次对加油锥套的定位越精确。若认为本次定位不够精确，则舍弃本次定位结果，重新启动下一数据采集周期。
下面通过具体的实施案例对本发明作进一步详细的描述：
步骤1、加油锥套数据采集
设加油锥套末端圆环的半径为0.25米，在受油机的受油探头根部安装三维激光扫描仪，在激光扫描仪内部建立坐标系OXYZ，如图3所示。按前述方法发射激光束扫描加油锥套，当扫描仪的旋转光头在OXY平面内的投影与OY的夹角为α＝16.39°时，使扫描仪的转镜在竖直面内旋转，当转境与OXY平面的夹角分别为θA＝9.76°、θB＝11.40°时，激光束照射在锥套末端圆环上的A、B两点，且A、B两点距0点的距离分别为sA＝12.27米、sB＝12.09米；当扫描仪的旋转光头在OXY平面内的投影与OY的夹角为α＝16.86°时，使扫描仪的转镜在竖直面内旋转，当转境与OXY平面的夹角分别为θC＝9.48°、θD＝11.51°时，激光束照射在锥套末端圆环上的C、D两点，且C、D两点距O点的距离分别为sC＝12.26米、sD＝12.03米。
根据式(1)求得A、B、C、D点的坐标分别为(3.41，11.60，2.08)、(3.34，11.37，2.39)、(3.51，11.57，2.02)、(3.42，11.28，2.40)。
步骤2、加油锥套末端圆环所在平面拟合
设加油锥套末端圆环所在平面的方程为
x+by+cz＝d (11)
其中b、c、d为常数。
把点A、B、C、D的直角坐标分别代入式(11)，得方程组
Figure BDA0003448025660000091
整理，得
Figure BDA0003448025660000092
令
Figure BDA0003448025660000093
利用最小二乘法求得
Figure BDA0003448025660000094
至此，得到了加油锥套末端圆环所在平面的方程
x+1.064y+1.036z＝17.9 (15)
步骤3、加油锥套末端圆环的圆心求解
设圆心P的坐标为(x0，y0，z0)，则满足
x0+1.064y0+1.036z0＝17.9 (16)
由PA＝PB与PA＝PC，得
Figure BDA0003448025660000095
Figure BDA0003448025660000096
联立方程(16)、(17)、(18)，可求得圆心坐标(3.49，11.40，2.20)。
步骤4、验算
已知加油锥套末端圆环的半径为R＝0.25。根据第3步求得的圆心坐标(3.49，11.40，2.20)，可求得
Figure BDA0003448025660000101
Figure BDA0003448025660000102
PA、PD与半径R的相对误差分别为
Figure BDA0003448025660000103
Figure BDA0003448025660000104
相对误差分别为1.2％、1.6％，说明本次对加油锥套的定位比较精确。
本申请第二方面提供了一种基于激光扫描的加油锥套定位装置，主要包括：
第一坐标及第二坐标获取模块，用于在三维激光扫描仪的内部坐标系统下，获取激光在水平面内偏转第一角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第一坐标点及第二坐标点；
第三坐标及第四坐标获取模块，用于获取激光在水平面内偏转第二角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第三坐标点及第四坐标点；
平面方程确定模块，用于基于四个坐标点确定加油锥套末端所在平面的平面方程；
加油锥套中心点确定模块，用于根据所述平面方程，以及加油锥套中心点到四个坐标点的距离相等的条件，确定加油锥套中心点。
在一些可选实施方式中，所述第一坐标及第二坐标获取模块包括：
第一角度下连续扫描距离获取单元，用于获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第一角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
第一第二坐标扫描距离确定单元，用于基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，其中所述第一坐标点与第二坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第一坐标点之前的多个连续扫描距离小于第一坐标点对应的扫描距离，所述第二坐标点之后的多个连续扫描距离小于第二坐标点对应的扫描距离；
第一第二坐标确定单元，用于根据所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第一坐标点及第二坐标点的坐标。
在一些可选实施方式中，所述第三坐标及第四坐标获取模块包括：
第二角度下连续扫描距离获取单元，用于获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第二角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
第三第四坐标扫描距离确定单元，用于基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，其中所述第三坐标点及第四坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第三坐标点之前的多个连续扫描距离小于第三坐标点对应的扫描距离，所述第四坐标点之后的多个连续扫描距离小于第四坐标点对应的扫描距离；
第三第四坐标确定单元，用于根据所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第三坐标点及第四坐标点。
在一些可选实施方式中，所述基于激光扫描的加油锥套定位装置还包括采集判定模块，用于确定所获取的第一坐标点、第二坐标点、第三坐标点及第四坐标点位于同一个采集周期内，若同一个周期采集的加油锥套末端圆环上的点不足四个，则重新进行采集。
在一些可选实施方式中，所述基于激光扫描的加油锥套定位装置还包括校核模块，用于根据给定的加油锥套末端圆环的半径对所述加油锥套中心点进行校核，若给定的加油锥套末端圆环的半径与计算的加油锥套末端圆环的半径的相对误差超过设定值，则重新计算加油锥套中心点，对加油锥套进行重定位。
本申请可以实现加油锥套的自主定位，定位过程算法简单，实时性强，且整个定位过程不受光照条件的影响，能满足工程实际需求。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于激光扫描的加油锥套定位方法，其特征在于，包括：
步骤S1、在三维激光扫描仪的内部坐标系统下，获取激光在水平面内偏转第一角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第一坐标点及第二坐标点；
步骤S2、获取激光在水平面内偏转第二角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第三坐标点及第四坐标点；
步骤S3、基于四个坐标点确定加油锥套末端所在平面的平面方程；
步骤S4、根据所述平面方程，以及加油锥套中心点到四个坐标点的距离相等的条件，确定加油锥套中心点。
2.如权利要求1所述的基于激光扫描的加油锥套定位方法，其特征在于，步骤S1中，确定所述第一坐标点及第二坐标点包括：
步骤S11、获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第一角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
步骤S12、基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，其中所述第一坐标点与第二坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第一坐标点之前的多个连续扫描距离小于第一坐标点对应的扫描距离，所述第二坐标点之后的多个连续扫描距离小于第二坐标点对应的扫描距离；
步骤S13、根据所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第一坐标点及第二坐标点的坐标。
3.如权利要求1所述的基于激光扫描的加油锥套定位方法，其特征在于，步骤S2中，确定所述第三坐标点及第四坐标点包括：
步骤S21、获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第二角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
步骤S22、基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，其中所述第三坐标点及第四坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第三坐标点之前的多个连续扫描距离小于第三坐标点对应的扫描距离，所述第四坐标点之后的多个连续扫描距离小于第四坐标点对应的扫描距离；
步骤S23、根据所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第三坐标点及第四坐标点。
4.如权利要求1所述的基于激光扫描的加油锥套定位方法，其特征在于，步骤S2之后，进一步包括：
步骤S21、确定所获取的第一坐标点、第二坐标点、第三坐标点及第四坐标点位于同一个采集周期内，若同一个周期采集的加油锥套末端圆环上的点不足四个，则重新进行采集。
5.如权利要求1所述的基于激光扫描的加油锥套定位方法，其特征在于，步骤S4之后，进一步包括：
步骤S5、根据给定的加油锥套末端圆环的半径对所述加油锥套中心点进行校核，若给定的加油锥套末端圆环的半径与计算的加油锥套末端圆环的半径的相对误差超过设定值，则重新计算加油锥套中心点，对加油锥套进行重定位。
6.一种基于激光扫描的加油锥套定位装置，其特征在于，包括：
第一坐标及第二坐标获取模块，用于在三维激光扫描仪的内部坐标系统下，获取激光在水平面内偏转第一角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第一坐标点及第二坐标点；
第三坐标及第四坐标获取模块，用于获取激光在水平面内偏转第二角度后进行竖直面扫描所获得的锥套末端圆环上的第三坐标点及第四坐标点；
平面方程确定模块，用于基于四个坐标点确定加油锥套末端所在平面的平面方程；
加油锥套中心点确定模块，用于根据所述平面方程，以及加油锥套中心点到四个坐标点的距离相等的条件，确定加油锥套中心点。
7.如权利要求6所述的基于激光扫描的加油锥套定位装置，其特征在于，所述第一坐标及第二坐标获取模块包括：
第一角度下连续扫描距离获取单元，用于获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第一角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
第一第二坐标扫描距离确定单元，用于基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，其中所述第一坐标点与第二坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第一坐标点之前的多个连续扫描距离小于第一坐标点对应的扫描距离，所述第二坐标点之后的多个连续扫描距离小于第二坐标点对应的扫描距离；
第一第二坐标确定单元，用于根据所述第一坐标点及第二坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第一坐标点及第二坐标点的坐标。
8.如权利要求6所述的基于激光扫描的加油锥套定位装置，其特征在于，所述第三坐标及第四坐标获取模块包括：
第二角度下连续扫描距离获取单元，用于获取三维激光扫描仪在水平面内偏转第二角度后在竖直面扫描的多个连续偏转角度对应的连续扫描距离；
第三第四坐标扫描距离确定单元，用于基于所述连续扫描距离的数据大小变化关系确定所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，其中所述第三坐标点及第四坐标点之间的多个连续扫描距离呈先由大到小，后由小到大的变化，且所述第三坐标点之前的多个连续扫描距离小于第三坐标点对应的扫描距离，所述第四坐标点之后的多个连续扫描距离小于第四坐标点对应的扫描距离；
第三第四坐标确定单元，用于根据所述第三坐标点及第四坐标点对应的扫描距离，及三维激光扫描仪在水平面及竖直面的偏转角度，确定所述第三坐标点及第四坐标点。
9.如权利要求6所述的基于激光扫描的加油锥套定位装置，其特征在于，所述基于激光扫描的加油锥套定位装置还包括采集判定模块，用于确定所获取的第一坐标点、第二坐标点、第三坐标点及第四坐标点位于同一个采集周期内，若同一个周期采集的加油锥套末端圆环上的点不足四个，则重新进行采集。
10.如权利要求6所述的基于激光扫描的加油锥套定位装置，其特征在于，所述基于激光扫描的加油锥套定位装置还包括校核模块，用于根据给定的加油锥套末端圆环的半径对所述加油锥套中心点进行校核，若给定的加油锥套末端圆环的半径与计算的加油锥套末端圆环的半径的相对误差超过设定值，则重新计算加油锥套中心点，对加油锥套进行重定位。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4025193A (en) * 1974-02-11 1977-05-24 The Boeing Company Apparatus suitable for use in orienting aircraft in-flight for refueling or other purposes
RU2111154C1 (ru) * 1997-06-11 1998-05-20 Виктор Александрович Бублик Устройство контроля заправки самолета топливом в полете
WO2001002875A2 (en) * 1999-06-21 2001-01-11 Lockheed Martin Corporation System and method for locating and maintaining objects in free space
RU2402035C1 (ru) * 2009-02-24 2010-10-20 Валерий Георгиевич Бондарев Способ определения координат самолета-заправщика и конуса и устройство для его осуществления
JP2012047637A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 Kurabo Ind Ltd 非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法
CN104180808A (zh) * 2014-08-05 2014-12-03 南京航空航天大学 一种用于自主空中加油的圆形锥套视觉位姿解算方法
CN105825515A (zh) * 2016-03-23 2016-08-03 南京航空航天大学 一种用于自主空中加油的加油锥套图像检测定位方法
CN107021236A (zh) * 2015-11-30 2017-08-08 空中客车防务和空间公司 用于自动空中加油的自照射式联接装置
US20170262732A1 (en) * 2014-08-01 2017-09-14 Shenzhen Cimc-Tianda Airport Support Ltd. System and method for aircraft docking guidance and aircraft type identification
CN108955685A (zh) * 2018-05-04 2018-12-07 北京航空航天大学 一种基于立体视觉的加油飞机锥套位姿测量方法
CN109631754A (zh) * 2018-11-21 2019-04-16 深圳先进技术研究院 一种测量装置坐标系标定的方法及相关装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4025193A (en) * 1974-02-11 1977-05-24 The Boeing Company Apparatus suitable for use in orienting aircraft in-flight for refueling or other purposes
RU2111154C1 (ru) * 1997-06-11 1998-05-20 Виктор Александрович Бублик Устройство контроля заправки самолета топливом в полете
WO2001002875A2 (en) * 1999-06-21 2001-01-11 Lockheed Martin Corporation System and method for locating and maintaining objects in free space
RU2402035C1 (ru) * 2009-02-24 2010-10-20 Валерий Георгиевич Бондарев Способ определения координат самолета-заправщика и конуса и устройство для его осуществления
JP2012047637A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 Kurabo Ind Ltd 非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法
US20170262732A1 (en) * 2014-08-01 2017-09-14 Shenzhen Cimc-Tianda Airport Support Ltd. System and method for aircraft docking guidance and aircraft type identification
CN104180808A (zh) * 2014-08-05 2014-12-03 南京航空航天大学 一种用于自主空中加油的圆形锥套视觉位姿解算方法
CN107021236A (zh) * 2015-11-30 2017-08-08 空中客车防务和空间公司 用于自动空中加油的自照射式联接装置
CN105825515A (zh) * 2016-03-23 2016-08-03 南京航空航天大学 一种用于自主空中加油的加油锥套图像检测定位方法
CN108955685A (zh) * 2018-05-04 2018-12-07 北京航空航天大学 一种基于立体视觉的加油飞机锥套位姿测量方法
CN109631754A (zh) * 2018-11-21 2019-04-16 深圳先进技术研究院 一种测量装置坐标系标定的方法及相关装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钱锟;: "无人机自主空中加油技术新进展", 国际航空, no. 11, pages 19 - 20 *
高宇;孔星炜;董新民;王海涛;王健;: "基于TLD算法的加油锥套跟踪", 应用光学, no. 03, pages 385 - 391 *

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