CN209690509U - 一种空间三维坐标高精度激光定位的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种空间三维坐标高精度激光定位的装置，包括搭载平台及支撑系统、激光雷达、雷达散射测量系统、全向激光靶标以及车载计算机或嵌入式系统，其中，所述搭载平台上装有具有升降功能的支撑系统，所述激光雷达与雷达散射测量系统安装在所述支撑系统上，并能够分别调整激光雷达和雷达散射测量系统的高度、俯仰角，并且所述雷达散射测量系统位于所述激光雷达的正上方；所述雷达散射测量系统的探头和所述激光雷达的激光器在平面内投影的坐标一致；所述全向激光靶标设置于待测目标预设特征点的正下方，所述全向激光靶标的个数大于等于3个，全向激光靶标具备垂直向测距功能；所述激光雷达与所述全向激光靶标的反射面位于同一个平面。本实用新型实现测量系统空间三维坐标实时、高精度定位，提高定位精度和效率，降低测量成本，改善测量结果精度。

Description

一种空间三维坐标高精度激光定位的装置

技术领域

本实用新型涉及一种激光定位装置，更具体的说，涉及一种用于空间三维坐标高精度激光定位的装置。

背景技术

通常测量系统安装在搭载平台上，测量系统探头位于激光雷达的正上方，两者在平面内投影的坐标一致，测量系统探头波束指向与激光雷达的扫描方向一致。在针对复杂目标的散射测量过程中，尤其是对复杂目标的近场散射测量时，由于测量系统的位置需要根据测试要求不断变化，测量系统与待测目标上特征点间的相对坐标也随之不断发生变化，而目标散射测量过程中，要想获得准确的待测目标散射测量结果——目标RCS值，必须实时获得测量系统与待测目标间的精确距离，也即必须知道测量系统与待测目标间的相对坐标，而测量系统与待测目标上特征点间的相对坐标关系是空间三维坐标关系。

在现有的测量条件下，要想获得测量系统与待测目标上特征点间的相对坐标，一种方式是通过人工测量和计算得到，既费时费力，其结果误差也较大，无法满足实时散射测量需求；另一种方式是采用激光跟踪仪等精密跟踪设备，激光跟踪仪测距精度高（距离精度可达10），计算速度快，具有自动跟踪功能，可满足实时散射测量需求，但激光跟踪仪对使用环境要求高，操作方式复杂，设备价格昂贵（单台售价一百余万元）。

发明内容

为了克服上述问题，本实用新型巧妙地将激光定位技术和激光测距技术相结合，并应用于散射测量中复杂目标的特征点三维坐标的定位。

本实用新型的目的是提供一种空间三维坐标高精度激光定位装置，解决以往散射测量中获取测量系统与待测目标相对位置方式复杂、成本高的问题，实现测量系统相对于待测目标的空间三维坐标实时、高精度定位。

本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：提供一种空间三维坐标高精度激光定位装置，包括搭载平台、激光雷达、多个（≥3）全向激光靶标和多个（≥3）特征点；搭载平台具备水平360度全向运动、精确停止功能，可根据测试需要在平面内自由移动、停止，搭载平台上装有具有升降功能的支撑系统；激光雷达安装在搭载平台支撑系统上，激光雷达的高度、俯仰角均可调；激光雷达具备激光发射和接收功能，其接收回来的信息包含反射点的距离和角度信息，激光雷达在安装平面上对360度范围进行2D扫描，实时发现、识别并精确测量各个全向激光靶标的距离，以此计算得到测量系统与待测目标的相对位置关系，实时获取测量系统的精确三维坐标信息；特征点可以是在待测目标上预先设定的，也可以是待测目标表面上现有的铆钉、孔、缺口、凸起等，所有特征点在待测目标上的位置已知；全向激光靶标放置于待测目标特征点的正下方，全向激光靶标具备垂直向（上方）测距功能，能够精确获取待测目标上相应特征点的高度信息；激光雷达激光器（接收器）垂直波束中心点与所有全向激光靶标覆盖高反射率材料的反射面中心点（垂直向）处于同一平面。

作为优选，搭载平台具备水平360度全向运动、精确停止功能，可根据测试需要在平面内自由移动、停止，搭载平台上装有具有升降功能的支撑系统。搭载平台上装载有激光雷达、雷达散射测量系统、车载计算机或嵌入式系统等设备。

作为优选，激光雷达安装在搭载平台支撑系统上，具备激光发射和接收功能，其高度、俯仰角均可调。激光雷达波束的特点是：水平波束窄、垂直波束宽，其接收回来的信息包含反射点的距离和角度信息，激光雷达在安装平面上对360度范围进行2D扫描，实时发现、识别并精确测量各个全向激光靶标的距离，以此计算得到测量系统与待测目标的相对位置关系，实时获取测量系统的精确三维坐标信息。

作为优选，全向激光靶标上端反射面覆盖有激光高反射率材料，反射面高度由激光束垂直发散角和最远传输距离确定。全向激光靶标底部设有水平调整机构，内部装有激光测距仪，激光测距仪的激光器（接收器）位于全向激光靶标的顶部，激光测距仪发射的激光束有一个十字线定位中心，具备垂直向（上方）测距和定位功能。全向激光靶标底座上设有激光指示器，用于显示测距结果。使用时，全向激光靶标设置于待测目标预先设定的特征点的正下方，能够精确获得待测目标上设定的特征点的高度信息。

作为优选，特征点位于待测目标上，可以是在测量准备阶段或待测目标制作过程中预先设置，也可以是待测目标表面上现有的铆钉、孔、缺口、凸起等，所有特征点在待测目标上的位置已知。

本实用新型带来的有益效果：可以在进行散射测量过程中，实现测量系统相对于待测目标的空间三维坐标的快速、精准、实时定位，提高定位精度和效率，降低测量成本，改善测量结果精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置的结构图。

图2是本实用新型实施例提供的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置俯视图。

图3是本实用新型实施例提供的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置正视图。

其中，1.搭载平台及支撑系统，2.激光雷达，3.雷达散射测量系统，4.车载计算机或嵌入式系统，5.全向激光靶标，6.特征点。

图4是本实用新型实施例提供的全向激光靶标的结构示意图。

其中，7.反射面，8.水平调整机构，9.水平指示仪，10.激光测距仪，11.激光指示器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

本实施例的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置的结构如图1所示，图2为本实用新型实施例提供的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置俯视图，图3为本实用新型实施例提供的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置正视图。

该空间三维坐标高精度激光定位的装置包括搭载平台及支撑系统1、激光雷达2、雷达散射测量系统3、车载计算机或嵌入式系统4以及多个全向激光靶标5。其中，搭载平台1具备水平360度全向运动、精确停止功能，可根据测试需要在平面内自由移动、停止，例如可以安装有万向轮；搭载平台1上装有具有升降功能的支撑系统；激光雷达2与雷达散射测量系统3安装在搭载平台1的支撑系统上，激光雷达2和雷达散射测量系统3的高度、俯仰角可分别进行调整；车载计算机或嵌入式系统4固定于搭载平台1上，具备运算功能，用于完成数据的运算处理、坐标转换、降噪滤波和区域分割等预处理，完成数据特征提取、坐标定位计算；雷达散射测量系统3位于激光雷达2的正上方，雷达散射测量系统3探头和激光雷达2激光器（接收器）在平面内投影的坐标一致，雷达散射测量系统3探头波束指向与激光雷达2激光器（接收器）初始0度方位的扫描方向一致;全向激光靶标5，一般有多个，布置于待测目标预设特征点6的正下方，全向激光靶标5的个数大于等于3个，全向激光靶标5具备垂直向（上方）测距功能，能够精确获取目标上特征点6的高度信息；激光雷达2与全向激光靶标5的反射面位于同一个平面，比如同一水平面；在待测目标上预先设有特征点6，所有特征点6在待测目标上的位置已知，特征点6的数量大于等于全向激光靶标5的个数。

激光雷达波束的特点是水平波束窄、垂直波束宽，其接收回来的信息包含反射点的距离和角度信息，激光雷达在安装平面上对360度范围进行2D扫描，能够实时发现、识别并精确测量各个全向激光靶标的距离。

附图4为全向激光靶标5结构示意图。全向激光靶标5上端反射面7覆盖有激光高反射率材料，反射面7高度由激光束垂直发散角和最远传输距离确定。全向激光靶标5底部设有水平调整机构8，全向激光靶标5水平调整结果在水平指示仪9显示，全向激光靶标5内部装有激光测距仪10，激光测距仪10的激光器（接收器）位于全向激光靶标5的顶部，激光测距仪10发射的激光束有一个十字线定位中心，具备垂直向测距和定位功能。全向激光靶标5底座上设有激光指示器11，用于显示测距结果。使用时，全向激光靶标5设置于待测目标预先设定的特征点6的正下方，能够精确获得待测目标上设定的特征点6的高度信息。

特征点6位于待测目标上，可以是在测量准备阶段或待测目标制作过程中预先设置，也可以是待测目标表面上现有的铆钉、孔、缺口、凸起等，所有特征点6在待测目标上的位置已知。

测量开始前，对全向激光靶标5和特征点6分别进行编号，逐个调整全向激光靶标5的位置和高度，使得每个全向激光靶标5位于相对应的特征点6的正下方，所有全向激光靶标5覆盖高反射率材料的反射面中心点处于同一平面内；调整激光雷达2高度和俯仰角，使得激光雷达2垂直波束中心点与全向激光靶标5覆盖高反射率材料的反射面中心点处于同一平面内；调整雷达散射测量系统3姿态，使得雷达散射测量系统3探头和激光雷达2激光器在平面内投影的坐标一致；调整雷达散射测量系统3探头、激光雷达激光器波束指向，使得雷达散射测量系统3探头波束指向与激光雷达2激光器初始0度方位的扫描方向一致。

测量开始前，利用激光雷达2和全向激光靶标5的垂直向测距功能，分别获取雷达散射测量系统3探头和待测目标上相应特征点6的高度信息，将信息存入车载计算机或嵌入式系统4，完成雷达散射测量系统3探头和待测目标上特征点6坐标投影到激光雷达2和全向激光靶标5反射面所处的水平面上，从而便于实现空间三维坐标到平面二维坐标的转换。

激光雷达2同时具备激光发射和接收功能，其接收回来的信息包含反射点的距离、角度及反射信号强度等信息。测量时，激光雷达2对水平360度范围进行2D扫描，获取反射点的距离、角度及反射信号强度等信息，理论上激光雷达2扫描一周即可获取平面内所有全向激光靶标5信息。利用平面内坐标定位的方法，将激光雷达2扫描得到的信息，对全向激光靶标5逐个进行甄别、坐标定位，对定位后的全向激光靶标5与车载计算机或嵌入式系统4中预存信息完成匹配，通过测算至少3个匹配成功的全向激光靶标5到激光雷达2的精确距离，就可解算出激光雷达2的精确二维坐标，结合已获得的雷达散射测量系统3探头相对于激光雷达2激光器的高度信息，即可计算得到雷达散射测量系统3探头的精确三维坐标，从而实现对雷达散射测量系统3探头空间三维坐标的高精度激光定位。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了搭载平台、激光雷达、全向激光靶标、特征点等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (5)

1.一种空间三维坐标高精度激光定位的装置，包括搭载平台及支撑系统、激光雷达、雷达散射测量系统、全向激光靶标以及车载计算机或嵌入式系统，其中，所述搭载平台上装有具有升降功能的支撑系统，所述激光雷达与雷达散射测量系统安装在所述支撑系统上，并能够分别调整激光雷达和雷达散射测量系统的高度、俯仰角，并且所述雷达散射测量系统位于所述激光雷达的正上方；所述雷达散射测量系统的探头和所述激光雷达的激光器在平面内投影的坐标一致；所述全向激光靶标设置于待测目标预设特征点的正下方，所述全向激光靶标的个数大于等于3个，全向激光靶标具备垂直向测距功能；所述激光雷达与所述全向激光靶标的反射面位于同一个平面。

2.根据权利要求1所述的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置，其特征在于：所述搭载平台具有万向轮，能够水平360度全向运动、精确停止。

3.根据权利要求1所述的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置，其特征在于：所述激光雷达发射的激光雷达波束的特点是水平波束窄、垂直波束宽，其接收回来的信息包含反射点的距离和角度信息，激光雷达在安装平面上对360度范围进行2D扫描。

4.根据权利要求1所述的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置，其特征在于：所述全向激光靶标上端反射面覆盖有激光高反射率材料，底部设有水平调整机构，内部装有激光测距仪，所述激光测距仪的激光器位于全向激光靶标的顶部，激光测距仪发射的激光束有一个十字线定位中心，具备垂直向测距和定位功能。

5.根据权利要求1所述的一种空间三维坐标高精度激光定位的装置，其特征在于：所述待测目标预设特征点位于待测目标上，并设置为表面上的铆钉、孔、缺口或凸起，所有特征点在待测目标上的位置已知。