本发明涉及一种模拟球幕装置，具体地，是一种基于固定球心与半径可调的球幕，通过转动连接杆来模拟球体表面的装置。
背景技术：
在野外作战或现场勘探过程中，常常需要对协同工作的多个子系统进行位置标定，确定各个子系统之间的相对位置关系。为此研究者提出了很多标定方法和标定器的设计思路。为了实现标定、验证标定方法的正确性以及检测标定器的标定精度，标准平面和球面往往成为常规辅助标定设备。但是高精度的标准平面、球加工难度大，成本高，携带不便，无法满足野外或现场工作需求。
目前，一般的实体球幕装置结构复杂、成本昂贵、所占空间大、安装好之后不宜拆除，重复利用性差。但是对于某些可采用分时标定的场合，如：每次只需在球幕上显示一个激光光斑标定点的情况下，并不需要配置完整的实体球幕，上述实体球幕就更显不适宜和浪费。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种简单便捷的装置，分时模拟球幕上的任意点位置，以有效地降低成本，满足野外或现场标定所需轻便、快捷的应用要求。为此，本发明采用的技术方案是，半径可调的模拟球幕装置，包括可伸缩连接杆、万向底座和瞄准器，可伸缩连接杆安装在万向底座上，其中可伸缩连接杆长度可调，通过其上对应的刻度标尺能够直接读取连接杆的有效长度，瞄准器用于模拟球幕球体表面，具有弧形或平面结构，其中平面结构的瞄准器上有圆环刻度标识，瞄准器中心与可伸缩连接杆上端中心相连固定，用法兰盘将万向节联轴器固定在底座上，构成万向底座，通过万向节联轴器将可伸缩连接杆的一端固定底座上，另一端带动瞄准器在空间转动，转动到需要的位置后，用锁紧装置固定，保证连接杆不动。
弧形结构瞄准器，其曲率半径等于模拟球幕的半径；平面结构瞄准器，平面上标有圆环刻度标识，模拟不同半径的球幕。
弧形结构瞄准器的中心到可伸缩连接杆顶端的中心距离l1、可伸缩连接杆的长度l2、可伸缩连接杆底端到万向节旋转中心的距离l3，则对应模拟球幕的半径为：r＝l1+l2+l3；平面结构瞄准器上共有m个标识圆环，所选用的标识圆环对应半径为rj、所述可伸缩连接杆的长度l2、所述可伸缩连接杆到万向节旋转中心的距离l3，j＝1,2,…,m，则对应模拟球幕的半径为:
所述弧形瞄准器中心与其支撑杆中心通过调整及固定装置保持重合，支撑杆与可伸缩连接杆保持同轴，二者间以螺纹方式配合且通过设置隔圈使拧紧后相对位置保持不变；
优选地，可伸缩连接杆一端转动到需要的位置后，用锁紧装置固定，模拟球心位于万向节旋转中心，半径可调的球幕。
还包括坐标标定器，用坐标标定器对模拟球幕进行分时多点测量：标定器按照某一方位角和俯仰角投射测距激光束，移动模拟球幕的连接杆，使其绕固定球心转动，让激光点正好投射在瞄准器上，用锁紧装置固定连接杆不动，读出标定器中心到模拟球幕投射点的距离，即得到从标定器中心发出光束的由方位角、俯仰角和距离组成的相对于球幕确定点的三维坐标，改变测距激光束的方位角和俯仰角，调整模拟球幕连接杆位置使得测距激光束再次对准瞄准器上的对应点，得到投射到另外一个球幕上点的三维坐标，以此方法得到模拟球幕上多个激光点投射三维坐标；
若设从标定器中心投射到球幕上n个投射点的坐标分别为：
求出对应的直角坐标psi(xsi,ysi,zsi)
由于这些点都位于相同半径为r0的球幕上，设球心坐标为(xs0,ys0,zs0)，那么有：
(xsi-xs0)2+(ysi-ys0)2+(zsi-zs0)2＝r02
方程联立求解或拟合，求出球幕球心在标定器坐标系中的坐标(xs0,ys0,zs0)，从而得到球幕球心在该子系统坐标系中的坐标，反过来，就求出了球幕坐标系中的原点坐标，即系统中心相对于球幕坐标原点的位置。
本发明的特点及有益效果是：
可以实现模拟球心固定且半径可调的球幕，有效解决目前相关技术设计中需要精度较高的球幕来辅助标定实验的问题。装置有两种瞄准器，弧形瞄准器的瞄准面在使用时不用固定瞄准点，其上每一个点都对应同一个球幕表面，精度高且操作方便，但需要与相应半径模拟球幕匹配使用。平面瞄准器的瞄准面可以通过选择不同的刻度标识圆环作为瞄准点来改变球幕的半径，实现球幕半径的微调。且该模拟球幕装置能够改变连接杆的长度从而大范围调节模拟球幕的半径，球幕球心也能根据需求任意摆放。该装置的加工精度高，能够分时模拟高精度的球幕，同时可以重复拆装、有较好的便携性。
附图说明：
图1为模拟球幕装置的示意图。
图2为弧形瞄准器结构示意图。
图3为平面瞄准器结构示意图。
图4为平面瞄准器上圆环刻度标识图。
图5为万向底座结构图。
图6为万向底座俯视图。
其中：1可伸缩连接杆，2万向底座，3系列瞄准器，4弧形结构瞄准器，5平面结构瞄准器，6圆环刻度标识，7法兰盘，8瞄准器中心，9万向节联轴器，10固定底座。
具体实施方式
本发明旨在提供一种模拟球幕装置，包括可伸缩连接杆、系列瞄准器、万向底座。可伸缩连接杆通过万向节联轴器安装在万向底座上，其上有刻度标尺和锁紧装置，连接杆长度可调，通过刻度标尺能够直接读取连接杆的有效长度。系列瞄准器具有两种结构，弧形结构和平面结构，系列瞄准器中心与可伸缩连接杆中心相连固定。用法兰盘将万向节联轴器固定在底座上，构成转向底座，设置有锁紧装置。可伸缩连接杆以万向节中心为球心，在空间转动，转动到需要的位置后，用锁紧装置固定，保证连接杆不动。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。如图1至图5所示，为本发明的模拟球幕装置，包括可伸缩连接杆1、万向底座2和系列瞄准器3，可伸缩连接杆1安装在万向底座2上，其中可伸缩连接杆1长度可调，通过其上对应的刻度标尺能够直接读取连接杆的有效长度。瞄准器3用于模拟球幕球体表面，具有弧形4和平面5两种结构，其中平面瞄准器上有圆环刻度标识6，瞄准器中心8与可伸缩连接杆1上端中心相连固定。用法兰盘7将万向节联轴器9固定在底座10上，构成万向底座2。通过万向节联轴器将可伸缩连接杆1的一端固定底座上，另一端带动瞄准器3可以在空间转动。该装置能够模拟球心固定，半径可调的球幕系统。
优选地，可伸缩连接杆底部与万向节联轴器的一端连接，万向节联轴器另一端通过法兰盘固定在底座上。通过万向节联轴器，连接杆可以实现绕着万向节中心在空间转动的功能，用于模拟球心位于万向节旋转中心，半径可调的球幕。
优选地，系列瞄准器有两种结构，一种为弧形结构，其曲率半径等于模拟球幕的半径。另一种为平面结构，有圆环刻度标识，可以模拟不同半径的球幕。
优选地，弧形瞄准器的中心到可伸缩连接杆顶端的中心距离l1、可伸缩连接杆的长度l2、可伸缩连接杆底端到万向节旋转中心的距离l3、提前经过精密测量得到，则对应模拟球幕的半径为：r＝l1+l2+l3。
优选地，平面瞄准器上共有m个标识圆环，所选用的标识圆环对应半径为rj(j＝1,2,···,m)、所述可伸缩连接杆的长度l2、所述可伸缩连接杆到万向节旋转中心的距离l3、提前经过精密测量得到，则对应模拟球幕的半径为:
优选地，系列瞄准器为一种良好的散射材料。
优选地，所述瞄准器用于模拟球体表面，保证模拟球幕的精度。瞄准器中心与可伸缩连接杆中心相连且固定，同时可以绕连接杆中心旋转。
优选地，所述弧形瞄准器中心与其支撑杆中心通过调整及固定装置保持重合。支撑杆与可伸缩连接杆保持同轴，二者间以螺纹方式配合且通过设置隔圈使拧紧后相对位置保持不变。
优选地，可伸缩连接杆一端转动到需要的位置后，用锁紧装置固定。可以模拟球心位于万向节旋转中心，半径可调的球幕。
优选地，万向节方向性良好、保证转向时球心位置保持不变。
下面介绍模拟球幕的一种应用：
目标跟踪仿真系统中，包含了投射系统、探测系统、命中系统等多个子系统，要进行频繁的坐标系转换，满足不同子系统和单元的工作需求。坐标转换包括了子系统之间的坐标平移量，所以需要提前完成子系统之间相对位置的标定。模拟球幕装置作为辅助标定工具，可以先完成子系统与球幕系统之间的位置标定，以球幕坐标系作为世界坐标系，从而完成子系统之间的位置标定。具体操作过程为：
模拟球幕装置的底座固定在目标跟踪仿真系统附近，实验中不需要改变球幕半径，所以选择弧形结构的瞄准器，对应的曲率半径为k1。弧形瞄准器的中心到可伸缩连接杆顶端的中心距离l1、可伸缩连接杆底端到万向节旋转中心的距离l3，设连接杆的长度l2，模拟球幕半径为r，对应有k1＝r＝l1+l2+l3。l1、l3、k1都是提前测量好的，那么，l2＝k1-l1-l3，安装好模拟球幕装置后，根据l2的值调节可伸缩连接杆到固定长度锁紧。
在某子系统上安装坐标标定器，两者相对位置已知。用坐标标定器对模拟球幕进行分时多点测量。标定器按照某一方位角和俯仰角投射测距激光束，移动模拟球幕的连接杆，使其绕固定球心转动，让激光点正好投射在瞄准器上，用锁紧装置固定连接杆不动，读出标定器中心到模拟球幕投射点的距离，即可得到从标定器中心发出光束的由方位角、俯仰角和距离组成的相对于球幕确定点的三维坐标。改变测距激光束的方位角和俯仰角，调整模拟球幕连接杆位置使得测距激光束再次对准瞄准器上的对应点，可得投射到另外一个球幕上点的三维坐标。以此方法可得模拟球幕上多个激光点投射三维坐标。
若设从标定器中心投射到球幕上n个投射点(n≥4)的坐标分别为：
求出对应的直角坐标psi(xsi,ysi,zsi)
由于这些点都位于相同半径为r0的球幕上，设球心坐标为(xs0,ys0,zs0)，那么有：
(xsi-xs0)2+(ysi-ys0)2+(zsi-zs0)2＝r02(i＝1,2,…，n)
方程联立求解或拟合，就可以求出球幕球心在标定器坐标系中的坐标(xs0,ys0,zs0)，从而得到球幕球心在该子系统坐标系中的坐标。反过来，就求出了球幕坐标系中该子系统的原点坐标，即该子系统中心相对于球幕坐标原点的位置。
同样的方法，可以求出其他子系统中心相对球幕坐标原点的位置，从而以球幕坐标为中介，标定出各个子系统之间的相对位置。