基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法

摘要

本发明公开了一种基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法，三个或三个以上的转台发射机由交流伺服电机带动旋转，头部安装了两个线性激光器的转台发射机向四周空间不断发射激光信号，然后根据以光电池为传感器的接收器模块采集到的激光峰值位置距时间原点OZ脉冲的时间距离，转换成激光平面旋转过的角度，从而推倒出待测点所在的激光平面方程，接着进一步得到通过待测点的直线方程，根据多直线相交方法联立方程组，最后以最小二乘法求解此方程组获到待测点坐标位置。本发明在测量时无需对目标进行瞄准，提高了测量速度以及测量效率。

主权项

1、一种基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法，其特征在于，按以下步骤实现：(1)三个或三个以上的转台发射机由交流伺服电机带动旋转，安装在每个转台发射机的头部的两个红色线性激光器，分别是第一激光器(1)和第二激光器(2)，它们旋转着向四周空间不停发射激光信号，并且通过伺服电机的伺服控制器向信号采集卡发送OZ脉冲；(2)接收器依靠光电池接收发射机发射来的激光信号形成波峰信号，经过接收器中的前置放大电路，将信号放大至-5V～5V范围后传到信号采集卡，转换成数字信号再传到计算机中；(3)计算机接收到波峰信号，根据第一激光器(1)与第二激光器(2)照射到接收器产生的峰值位置时间t_峰值1k、t_峰值2k，以及OZ脉冲时间t_Zk，计算特征时间t_1k与t_2k，t_1k＝t_峰值1k-t_Zk、t_2k＝t_峰值2k-t_Zk，k为发射机编号；(4)结合所述的特征时间t_1k与t_2k，根据设计的测量算法模型，采用最小二乘法计算出所述的接收器位置坐标；所述的测量算法模型，根据多直线相交方法在世界坐标系O_W-X_WY_WZ_W下建立方程组作为待测点坐标计算的模型，所述的世界坐标系是在本测量算法模型的参数标定时建立的，此方程组为$\left\{\begin{array}{c}{S_{11}}^T{R}_{11}{M}_1{X}_W=0\\ {S_{21}}^T{R}_{21}{M}_1{X}_W=0\\ {S_{12}}^T{R}_{12}{M}_2{X}_W=0\\ {S_{22}}^T{R}_{22}{M}_2{X}_W=0\\ .\\ .\\ .\\ {S_{1k}}^T{R}_{1k}{M}_k{X}_W=0\\ {S_{2k}}^T{R}_{2k}{M}_k{X}_W=0\end{array}\right.---\left(1\right)$其中，k：发射机编号；S_1k、S_2k：激光平面的平面方程系数(a，b，c，1)^T，称为平面坐标，即(a，b，c，1)^T对应的平面方程为ax+by+ca+1＝0；R_1k、R_2k：激光平面到初始位置的旋转矩阵；X_W：世界坐标系下待测点坐标；M_k：世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵，$M_k=\left[\begin{array}{cc}{R}_k& T_k\\ O& 1\end{array}\right],$R_k、T_k分别为世界坐标系到发射机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵，激光平面到初始位置的旋转矩阵为$R_{\mathrm{jk}}=\left(\begin{array}{cccc}\cos \left({\mathrm{\omega t}}_{\mathrm{jk}}\right)& \sin \left({\omega }_{\mathrm{jk}}\right)& 0& 0\\ -\sin \left({\mathrm{\omega t}}_{\mathrm{jk}}\right)& \cos \left({\mathrm{\omega t}}_{\mathrm{jk}}\right)& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right)$其中，j：激光平面的编号；ω：为发射机转速；t_jk：为第k个转台发射机的激光平面j的特征时间，世界坐标系到发射机坐标系的旋转矩阵和平移矩阵分别为$R_k({\mathrm{rx}}_k,{\mathrm{ry}}_k,{\mathrm{rz}}_k)={\mathrm{Rx}}_k·{\mathrm{Ry}}_k·{\mathrm{Rz}}_k$$=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \left({\mathrm{rx}}_k\right)& \sin \left({\mathrm{rx}}_k\right)\\ 0& -\sin \left({\mathrm{rx}}_k\right)& \cos \left({\mathrm{rx}}_k\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \left({\mathrm{ry}}_x\right)& 0& -\sin \left({\mathrm{ry}}_k\right)\\ 0& 1& 0\\ \sin \left({\mathrm{ry}}_k\right)& 0& \cos \left({\mathrm{ry}}_k\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \left({\mathrm{rz}}_k\right)& \sin \left({\mathrm{rz}}_k\right)& 0\\ -\sin \left({\mathrm{rz}}_k\right)& \cos \left({\mathrm{rz}}_k\right)& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$$T_k(x_k,y_k,z_k)=\left[\begin{array}{c}{x}_k\\ y_k\\ z_k\end{array}\right]$所述的测量算法模型所含有的未知参数S_1k、S_2k和M_k通过参数标定确定。