一种电子经纬仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于非接触式测量技术领域，具体地来说，本发明涉及一种利用棱镜和靶 球建立电子经炜仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法。
【背景技术】
[0002] 在飞机、火箭、卫星等航空航天类产品的装配过程中，通常需要完成大量且复杂的 测量工作。目前，以电子经炜仪和激光跟踪仪为代表的非接触式测量手段得到了越来越多 的应用。电子经炜仪基于前方交会的原理，具有极高的角度测量精度。激光跟踪仪则是利 用激光测距技术，对空间目标进行实时跟踪和测量。
[0003] 在使用经炜仪完成航空航天产品的装配精度测量中，棱镜是一种经常使用的辅助 工具。其一般采用石英晶体或金属制作，表面镀有反射膜，制造精度高，相邻两个面垂直度 约1"~3"，通过被用作参考坐标基准，也可固定于某部件，用作定向和定位测量的辅助 测量基准。
[0004] 靶球是激光跟踪仪测量过程中经常使用的关键零件，具有极高的制造精度。其采 用三个正交的平面镜作为逆反镜组，可以将入射光平行射出，通过调整激光束使入射光和 出射光重合，即光线通过三个反射镜的交点，也就是靶球的中心，再根据激光测距的方法即 可得到靶球中心的位置。
[0005] 目前，基于棱镜坐标系的经炜仪测量和基于激光测距的激光跟踪仪测量虽能解决 一定的工程问题，但在某些特定条件下，如空间结构复杂、测量项目多的航天器产品测量， 单一的测量方法独立工作时仍有一定的局限性，因此有必要寻求一种方法，以将电子经炜 仪和激光跟踪仪测量坐标系建立关系进而组成联合测量系统。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是将棱镜坐标系转 移到激光跟踪仪坐标系内，提供了一种电子经炜仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方 法。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0008] 一种电子经炜仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，建立电子经炜仪、棱镜 和激光跟踪仪各自的坐标系，将棱镜坐标系引入到激光跟踪仪的坐标系内，进而建立电子 经讳仪和激光跟踪仪坐标系之间的变换关系。
[0009] 优选地，具体包括以下几个步骤：
[0010] 步骤1:分别定义棱镜和电子经炜仪的本体坐标系；
[0011] 步骤2 :调整激光跟踪仪测量基准为大地水平，并定义激光跟踪仪的坐标系；
[0012] 步骤3 :使用电子经炜仪对棱镜镜面进行准直计算；
[0013]步骤4:利用电子经炜仪调整激光跟踪仪靶球至过棱镜镜面法向且与大地水平面 垂直的竖直面内；
[0014] 步骤5:使用激光跟踪仪解算步骤4中得到的激光跟踪仪靶球的方位；
[0015] 步骤6 :使用激光跟踪仪将激光跟踪仪靶球方位投影到水平面上，拟合成直线后 计算直线的方向向量，并引入到激光跟踪仪坐标系内，建立电子经炜仪和激光跟踪仪坐标 系之间的变换关系。
[0016] 优选地，所述步骤4中，过棱镜镜面法向且与大地水平面垂直的竖直面为电子经 炜仪的俯仰平面。
[0017] 优选地，所述步骤1中：
[0018] 定义棱镜坐标系的方法为：按右手法则，定义棱镜相邻三个垂直面的法线方向分 别为+X、+Y、+Z轴，然后进行正交化修正；
[0019] 定义电子经炜仪坐标系的方法为：定义电子经炜仪竖直方向为+Z轴，电子经炜仪 当前视准轴在水平面内的投影方向为+X轴，+Y轴由右手法则确定。
[0020] 优选地，所述步骤2中，将激光跟踪仪Z轴调整至垂直于大地水平，其余轴通过激 光跟踪仪本身定义。
[0021] 优选地，所述步骤3中，当电子经炜仪准直棱镜镜面后，镜面法向矢量表示为
[0022] vA=[-sin(180-0 ) 0cos(180-0 )]
[0023] 其中，vAS镜面法向矢量在电子经炜仪坐标系A(+X、+Y、+Z)中的表不，〇为电子 经炜仪俯仰角的角度。
[0024] 优选地，所述步骤4中，采用电子经炜仪瞄准靶标在激光跟踪仪靶球逆反镜中的 像，保证电子经炜仪的光管方向通过激光跟踪仪靶球中心，此时激光跟踪仪靶球中心位于 电子经炜仪过棱镜镜面法向且垂直于大地水平的竖直平面内。
[0025] 优选地，调整电子经炜仪瞄准靶标在激光跟踪仪靶球逆反镜组中成像的方法为， 对电子经炜仪的坐标进行变换，即，将电子经炜仪由坐标系A(+X、+Y、+Z)转过一定角度0 后产生新坐标系B(+X'、+Y'、+Z')，两坐标系之间的变换关系如下：
【主权项】
1. 一种电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征在于，建立电子经 绅仪、棱镜和激光跟踪仪各自的坐标系，将棱镜坐标系引入到激光跟踪仪的坐标系内，进而 建立电子经绅仪和激光跟踪仪坐标系之间的变换关系。
2. 根据权利要求1所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征 在于，具体包括W下几个步骤： 步骤1 ;分别定义棱镜和电子经绅仪的本体坐标系； 步骤2 ;调整激光跟踪仪测量基准为大地水平，并定义激光跟踪仪的坐标系； 步骤3 ;使用电子经绅仪对棱镜镜面进行准直计算； 步骤4 ;利用电子经绅仪调整激光跟踪仪祀球至过棱镜镜面法向且与大地水平面垂直 的竖直面内； 步骤5 ;使用激光跟踪仪解算步骤4中得到的激光跟踪仪祀球的方位； 步骤6 ;使用激光跟踪仪将激光跟踪仪祀球方位投影到水平面上，拟合成直线后计算 直线的方向向量，并引入到激光跟踪仪坐标系内，建立电子经绅仪和激光跟踪仪坐标系之 间的变换关系。
3. 根据权利要求2所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征 在于，所述步骤4中，过棱镜镜面法向且与大地水平面垂直的竖直面为电子经绅仪的俯仰 平面。
4. 根据权利要求2所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征 在于，所述步骤1中： 定义棱镜坐标系的方法为；按右手法则，定义棱镜相邻=个垂直面的法线方向分别为 巧、巧、+Z轴，然后进行正交化修正； 定义电子经绅仪坐标系的方法为；定义电子经绅仪竖直方向为+Z轴，电子经绅仪当前 视准轴在水平面内的投影方向为巧轴，巧轴由右手法则确定。
5. 根据权利要求2所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征 在于，所述步骤2中，将激光跟踪仪Z轴调整至垂直于大地水平，其余轴通过激光跟踪仪本 身定义。
6. 根据权利要求2所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征 在于，所述步骤3中，当电子经绅仪准直棱镜镜面后，镜面法向矢量表示为 Va=[-sin(180-0)Ocos(180-0)] 其中，Va为镜面法向矢量在电子经绅仪坐标系A(巧、巧、+幻中的表示，0为电子经绅 仪俯仰角的角度。
7. 根据权利要求2或6所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其 特征在于，所述步骤4中，采用电子经绅仪瞄准祀标在激光跟踪仪祀球逆反镜中的像，保证 电子经绅仪的光管方向通过激光跟踪仪祀球中屯、，此时激光跟踪仪祀球中屯、位于电子经绅 仪过棱镜镜面法向且垂直于大地水平的竖直平面内。
8. 根据权利要求7所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征 在于，调整电子经绅仪瞄准祀标在激光跟踪仪祀球逆反镜组中成像的方法为，对电子经绅 仪的坐标进行变换，即，将电子经绅仪由坐标系A(+X、巧、+幻转过一定角度0后产生新坐 标系B(巧'、巧'、+Z')，两坐标系之间的变换关系如下；
其中，皆表示坐标系B到坐标系A的变换。
9. 根据权利要求7所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特征 在于，所述步骤5中，激光跟踪仪祀球方位即激光跟踪仪祀球中屯、在激光跟踪仪自身绝对 坐标系中的位置。
10. 根据权利要求8所述的电子经绅仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，其特 征在于，所述步骤6具体为，通过激光跟踪仪求得步骤4中得到的激光跟踪仪祀球中屯、在大 地水平面内的投影点，多个投影点拟合成一条直线L;直线L的方向向量V。与电子经绅仪当 前视准轴在水平面内的投影平行；直线L的方向向量V。与棱镜镜面法向矢量Va具有如下转 换关系： V。二VAsin目二sin目[-sin(180- 0 )Ocos(180- 0 )]。
【专利摘要】本发明公开了一种电子经纬仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法，建立电子经纬仪、棱镜和激光跟踪仪各自的坐标系，将棱镜坐标系引入到激光跟踪仪的坐标系内，进而建立电子经纬仪和激光跟踪仪坐标系之间的变换关系。本发明给出了一种将棱镜坐标系引入到激光跟踪仪坐标系的方法，并进一步建立起经纬仪和激光跟踪仪坐标系的变换关系，实现联合测量；本发明简单易实现，效率高，有着广泛的应用前景。
【IPC分类】G01C1-02
【公开号】CN104848833
【申请号】CN201410738290
【发明人】梁晓辉, 刘玉庆, 李强, 高鸽, 方郭富
【申请人】上海卫星装备研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年12月4日