一种多激光跟踪仪快速互瞄定向方法

摘要

本发明涉及一种多激光跟踪仪快速互瞄定向方法，对于某两台激光跟踪仪，包括：在测量空间布设两台激光跟踪仪的站位，分别为第一站位和第二站位，分别将一个球座置于各自激光跟踪仪的俯仰转座上，且偏离原点一定距离；用两台激光跟踪仪互相扫瞄对方球座上的标记点，为姿态1，分别记录两台激光跟踪仪的测量数据；将两台激光跟踪仪的水平角和俯仰角都转180度左右，为姿态2，相互瞄准对方球座上的标记点，分别记录两台激光跟踪仪的测量数据；在两个站位接近中间的连线上放置一个公共点，两个跟踪仪分别测量该点并记录数据；求解两台激光跟踪仪站位之间的位姿关系；步骤六、以上述过程得到的位姿关系为初值，经过优化得到最终的位姿关系数据。

主权项

一种多激光跟踪仪快速互瞄定向方法，对于某两台激光跟踪仪，包括以下步骤：步骤一、在测量空间布设两台激光跟踪仪的站位，分别为第一站位和第二站位，分别将一个球座置于各自激光跟踪仪的俯仰转座上，且偏离原点一定距离；步骤二、用两台激光跟踪仪互相扫瞄对方球座上的标记点，为姿态1，分别记录两台激光跟踪仪的测量数据；步骤三、将两台激光跟踪仪的水平角和俯仰角都转180度左右，为姿态2，相互瞄准对方球座上的标记点，分别记录两台激光跟踪仪的测量数据；步骤四、在两个站位接近中间的连线上放置一个公共点，两个跟踪仪分别测量该点并记录数据；步骤五、求解两台激光跟踪仪站位之间的位姿关系，方法如下：步骤5‑1)设两台激光跟踪仪一个为第一跟踪仪，另一个为第二跟踪仪，第二跟踪仪的原点在第一跟踪仪坐标系下的矢量方向为p₁₂，相应第一跟踪仪的原点在第二跟踪仪坐标系下的矢量方向为p₂₁，由于Z轴平行得到姿态角步骤5‑2)平移向量的求取需要求得两站原点之间的距离，设两台跟踪仪的中心连线与公共点之间的夹角分别为φ₁和φ₂，则得到两个站位原点之间的距离为：$d=\sqrt{{d_{1m}}^2+{d_{2m}}^2-2d_{1m}{d}_{2m}cos(\pi -{\phi }_1-{\phi }_2)}$其中，d_1m和d_2m分别为第一跟踪仪和第二跟踪仪的原点到公共点之间的距离，则第二跟踪仪相对于第一跟踪仪的平移向量T＝d*p₂₁，由此可得到位姿关系为姿态角θ和平移向量T；步骤六、以上述过程得到的位姿关系为初值，经过优化得到最终的位姿关系数据:步骤6‑1)对于两个标记点，设第一跟踪仪的标记点为P1，第二跟踪仪上的标记点为P2；在姿态1中，标记点P2相对与第一跟踪仪的坐标系L1，球坐标为(d₁，α₁，β₁)，d₁表示标记点到跟踪仪坐标系原点之间的距离，α₁是水平角，β₁是垂直角，标记点P2相对于第一跟踪仪坐标系L1的关系表示为三维坐标同理在L1坐标系下标记点P1变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵在L2坐标系下点P2变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵在姿态2中，L1坐标系下点P1变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵在L2坐标系下点P2变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵在这里变换矩阵和与姿态1中的标记点球坐标中的角度值相关，同理和与姿态2中标记点球坐标中的角度值相关；在L1坐标系和L2坐标系下公共点的坐标分别为_L2P₃和_L1P₃；步骤6‑2)标记点坐标之间的关系和两台激光跟踪仪间的位姿关系参数表示为：$\left\{\begin{array}{c}{{}_{L2}{}^{f1}P}_1-R{{}_{L1}{}^{f1}P}_1-T=0\\ {{}_{L2}{}^{f1}P}_2-R{{}_{L1}{}^{f1}P}_2-T=0\\ {{}_{L2}{}^{f2}P}_1-R{{}_{L1}{}^{f2}P}_2-T=0\\ {{}_{L2}{}^{f2}P}_2-R{{}_{L1}{}^{f2}P}_2-T=0\\ {{}_{L2}R}_3-R_{L1}{P}_3-T=0\end{array}\right.$位姿关系中的姿态角θ可以表示为旋转矩阵R：$R=\left[\begin{array}{ccc}cos\theta & -sin\theta & 0\\ \sin \theta & \cos \theta & 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$消去公式中的和重新整理方程得：$\left\{\begin{array}{c}{{}_{L1}{}^{f1}R}^T·R^T({{}_{L2}{}^{f1}P}_1-T)-{{}_{L1}{}^{f2}R}^T·R^T({{}_{L2}{}^{f2}P}_1-T)=0\\ {{}_{L2}{}^{f1}R}^T(R·{{}_{L1}{}^{f1}P}_2+T)-{{}_{L2}{}^{f2}R}^T(R·{{}_{L1}{}^{f2}P}_2+T)=0\\ {{}_{L2}P}_3-R·{{}_{L1}P}_3-T=0\end{array}\right.$步骤6‑3)用非线性最优化方法LM算法求解上述方程组，以步骤5得到的位姿关系为迭代初值，得到精确优化的位姿关系。