专利名称：基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法
技术领域：
本发明属于大范围空间三维坐标测量方法，特别涉及基于双旋转激光平 面发射机网络的空间定位方法。
背景技术：
在大型机械装备的制造及装配过程中，如飞机制造、造船、大型电站和 重机装备制造中，大尺寸的几何和形位误差的测量问题是影响着整套设备质 量的关键。伴随着激光技术、传感器技术以及其他新技术的出现，给大尺寸 测量问题提出了新的解决方法。利用激光的高方向性、高亮度，以及光电传 感器件作为接收器，同时釆用高速的采集系统和高效的信号处理方法，大尺 寸测量的范围、速度和精度得到了显著的提高，从而可以获取与评价大型、 超大型装备与系统制造过程中的几何特征尺寸、空间位置信息，分析影响制 造性能的各种因素，为提高制造能力与水平提供科学依据。当前在国际上应用比较成熟的大尺寸测量技术主要包括激光经纬仪、激 光跟踪测量系统以及大视场视觉测量系统等。但是，这些技术都存在着一些 缺点，如激光跟踪测量系统瞄准目标需要一段相当长的时间；激光跟踪测 量系统的侧头容易被周围物体遮挡从而产生丢光现象。发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供基于双旋转激光平面发 射机网络的空间定位方法，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本发明的技术方案是这样实现的一种基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法，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，安装在其 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/^,、 ^tt2i，以及OZ脉冲时间,a ， i十算特征时|、司6*与， = f峰值a 一 fa 、 = f峰值M 一 ， A:为发射 机编号；(4) 结合所述的特征时间q与^，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。所述的转台发射机由交流伺服电机驱动，并且安装在其头部的第一激光器(1)和第二激光器(2)的轴线位于同一直线上，此直线垂直并交于发射 机旋转轴线，所述的第一激光器(1)和第二激光器(2)形成的激光平面a 和激光平面P与所述的旋转轴线的夹角分别为^、 y2，其中a、 ^的范围均 为30。 60°，速率范围为2400r/min ~ 3000r/min，同时所述交流伺服电机通 过伺服控制器控制，伺服控制器向信号采集卡发送固定时间间隔的OZ脉冲信号，此脉冲信号的时间间隔与发射机转速"相关为^Hz,其中"单位为60r/min。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^ -J^iv; 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(1)其中，h发射机编号；Slt、 S2t:激光平面的平面方程系数("，6,c,lf ，称为平面坐标，即(。，6，c,1) 对应的平面方程为ox + ^ + cz +1 = 0 ;J 2t:激光平面到初始位置的旋转矩阵； X"世界坐标系下待测点坐标；世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵，Mt=[^ 1，i t、 ？;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< eos(c^) sin( )0 0、 及=-sin( )cos(必 )0 0;* 一 0 0 10、 0 0 0 1,其中，j:激光平面的编号； (0:为发射机转速； 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1 000 cos(rxJ sin(rxt) 0 —sin( )cos(rxt)cos(/y》0 -si勿J.0 1 0 sin( )0 cos(/^)cos(rzt) sin(a) 0 —sin(rz》 cos(a) 0 0 0 1所述的测量算法模型所含有的未知参数^、Sw和M,通过参数标定确定,所述的参数标定，具体步骤为(1) 建立世界坐标系以及标定空间在三维标定移动台周围2m ~ 3m 距离放置转台发射机；在三维标定移动台上建立世界坐标系CV-;iVIV4，原 点 为三维标定移动台位于X方向导轨量程中点、Y方向导轨量程中点以 及数显高度尺量程起点时的位置，J4V方向为X方向导轨正向，^方向为Y 方向导轨正向，Zy方向为数显高度尺正向；(2) 采集标定数据将接收器固定于三维标定移动台数显高度尺上， 利用导轨及高度尺使接收器在JiV、 j;方向上从-450mm到450mm, ^方向 从0mm到900mm,各方向上间隔300mm，共64个位置移动，记录下接收 器在所述的世界坐标系下坐标位置，并采集各发射机发射来的激光信号，经 由数据采集卡导入计算机，得到特征时间Q与^，所述的坐标位置数据与特 征时间组成标定数据；(3) 粗测各发射机位置利用巻尺工具粗略测量发射机在^V、 JV方向 上坐标位置(^，乂)；(4) 采用标定模型进行参数计算的步骤为a)确定初始值根据发射机粗测位置(《，W)，初始值设为 (0,0,0，0,0,0，0,0,《力；b)初次标定此次标定中设定标定模型中的旋转参数 、 为定值， 以(0，0，0，0，0,0，0,0,《,")为初始值，应用标定模型，结合得到的标 定数据对"u、 ~、 clt、 ci2jt、 62i、 、a、力进行标定；C) 二次标定以初次标定得到的结果(《，K,《,&,c^^,(0,0)作 为二次标定的初始值应用标定数据，采用设计的标定模型进行二 次标定；d)反投标定点坐标将二次标定的结果 (《， ，《，62't，《，《，>^，《，0^)以及标定数据中的特征时间，代入 测量算法模型中计算标定点坐标，同时计算反投坐标结果与标定 数据中的坐标数据之间的误差，即e-l义反鹏果-Z标定鹏l，以及反投e)判断是否存在粗大误差如果反投坐标误差e大于3倍的反投坐标 结果标准差a，将含有粗大误差的数据从标定数据中予以去除，并 返回步骤b);否则就结束标定，以二次标定结果为最终标定结果。所述的标定模型，具体指其中，h发射机编号；"标定数据的编号；Slt、 S2fc:激光平面的平面方程系数"6，c，1)、称为平面坐标; &、 Ap激光平面到初始位置的旋转矩阵 所述的世界坐标系下待测点坐标；M"世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵，Mt=|"，A、 ？;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，设定各平移矩阵的z向变量为o及3个旋转变量中有一个为o,对于一个 发射机k而言，旋转矩阵^和平移矩阵7;表示为及* ( ，w ，o) = 及力 <formula>formula see original document page 12</formula>此时就对于每个转台发射机只有10个未知参数待标定，给定一组初始 值，所述的初始值格式为(^，^,Q，^，^，Q,^，h，n^rh)，应用 Levenberg-Marquardt优化搜索最小化公式(2)的值，可得到各个系统参数。所述的三维坐标移动台，具体指大理石工作台上两侧平行安装两条长 1204mm的直线导轨作为X方向导轨，量程为lOOOmm，两导轨间隔为 900mm;在所述的X方向导轨上垂直安装了一条1204mm长的直线导轨作为 Y方向导轨，量程为1000mm;在所述的Y方向导轨上，垂直于X方向导轨 与Y方向导轨安装1204mm长的数显高度尺，量程为lOOOmm。由于接收器对于激光信号的采集是相互独立的，因此可以对多接收器位 置进行测量定位，从而提高了测量速度与测量效率。此外，本发明对于硬件 的要求低，仅需要以伺服电机、激光器作为主要部件的转台发射机、以光电 池、前置放大电路组成的接收器以及安装了信号采集卡的计算机，降低了测 量设备成本，同时本发明可以组合多种测量手段如激光扫描仪、机械臂等进 行空间测量，测量定位更加灵活多样。
图1是室内定位测量系统运作框图。 图2 (a)是转台发射机俯视图；图2 (b)是转台发射机A向视图；图2 (c)是转台发射机B向视图。图3是室内定位测量系统几何关系图。图4是信号时间测量示意图。图5是三维标定移动台结构示意图。图6是标定空间的建立示意图。图7是标定计算流程图。下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参照图1所示，本发明需转台发射机、接收器、信号采集卡及计算机。 其中转台发射机由交流伺服电机驱动，在其头部安装了 2个线性激光器用于 产生激光平面，分别是第一激光器1和第二激光器2,它们发射激光形成激 光平面a和激光平面p。此外，不同发射机以不同速率稳定旋转，速率范围 为2400r/min 3000r/min，同时通过所述交流伺服电机通过伺服控制器控制， 并且所述的伺服控制器向信号采集卡发送固定时间间隔的OZ脉冲信号，此脉冲信号的时间间隔与发射机转速"相关为!Hz,其中"单位为r/min。接60收器由光电池以及前置放大电路组成，所述的光电池用于接收发射机发射出 来激光将光信号转换为电信号，每当所述的激光平面扫过所述的光电池后都会产生一个峰值信号，经过所述的前置放大器放大处理，将信号放大至-5V 5V范围并传到信号采集卡，再由所述的信号采集卡采集并导入计算机中，最 后应用设计的数学模型计算接收器的坐标。参照图2所示，转台发射机上安装了2个线性激光器，分别为第一激光器 1和第二激光器2，所述的两个激光器的轴线位于同一直线上，这条直线垂直 并交于发射机旋转轴线，所述的第一激光器1和第二激光器2形成的激光平面a和激光平面p与所述的旋转轴线的夹角分别为w 其中k、 ^的范 围均为30° 60° 。参照图3所示，图中有三个坐标系，O-I为转台发射机坐标系，Z 轴为所述的转台发射机的旋转轴，原点位于旋转轴的任意位置；o-x。i;Za和 o-J^^z"分别为固定激光平面a和激光平面|3上的坐标系，其初始位置均与O-JiTZ重合。当发射机绕Z轴以"速度转动时，激光平面坐标系0-^^Z。 和0-% ,发生改变。每次激光平面坐标系转到初始位置0-J^Z时，通过发射机伺服器向计算机的处理程序发送一个oz脉冲，作为时间测量的原点。当激光平面a、 P通过待测点P时，传感器产生一个波峰信号。参照图4所示，第一激光器1和第二激光器2照射依次到接收器而产生 的两个峰值信号，这两个峰值信号的峰值位置时间分别是^^、 、tt2i， ^为 OZ脉冲时间，Q、 Q为特征时间，Q ^参照图5所示，在大理石工作台3上两侧平行地安装了两条1204mm长 的直线导轨作为X方向导轨4，量程为1000mm，两导轨间隔为900mm;在 所述的X方向导轨4且与其垂直方向上安装了一条1204mm长的直线导轨作 为Y方向导轨5，量程为lOOOmm;在所述的Y方向导轨5上，垂直于X方 向导轨4与Y方向导轨5安装1204mm长的数显高度尺，量程为1000mm。 参照图6所示，建立世界坐标系以及标定空间。在三维标定移动台周围 2m ~ 3m距离放置转台发射机8，在三维标定移动台的数显高度尺6上设置 接收器7;在三维标定移动台上建立世界坐标系 -^V^4，原点 为三维标定移动台位于X方向导轨4量程中点、Y方向导轨5量程中点以及数显高 度尺6量程起点时的位置，J^方向为X方向导轨4正向，^方向为Y方向 导轨5正向，^方向为数显高度尺正向。参照图7所示，采用标定模型进行参数计算的步骤为 a)确定初始值结合发射机粗测位置W，乂)，初始设为(0，0，0，0,0，0，0，0，《，乂)； b)初次标定此次标定中设定标定模型的旋转参数^、 m为定值，以 (O，O，O，O，O，O，O，O，x"乂)为初始值，应用标定模型，结合得到的标定数据C) 二次标定以初次标定得到的结果(《，^,4,c4，^，cK，乂，0，0)作为二 次标定的初始值应用标定数据，采用设计的标定模型进行二次标定；d)反投标定点坐标将二次标定的结果(《，《，《，&,《，《，X，《，W) 以及标定数据中的特征时间，代入测量算法模型中计算标定点坐标， 同时计算反投坐标结果与标定数据中的坐标数据之间的误差，即e)判断是否存在粗大误差。如果反投坐标误差e大于3倍的反投坐标结 果标准差C7，依据粗大误差的莱以特判别准则，在将含有粗大误差的 数据从标定数据中予以去除后返回步骤b);否则就结束标定，以二次 标定结果为最终标定结果。 测量算法模型由特征时间^、 ^以及0)可求出激光平面通过待测点P 点时在发射机坐标系下的平面方程。这两个平面也就确定下了 P点在O-JiTZ 下的所通过的一条直线。有多个发射机根据多直线相交的方法就可以确定下 待测点的位置坐标。具体方法的数学模型建立如下对于每个发射机，在其坐标系下O-JiTZ都有两个激光平面。而每个激光平面都在其上固定一个坐标系，即o-x。i;Za及o-;^&z"这两个坐标系在初始位置与发射机坐标系O-JiTZ重合。因此，激光平面方程可如下表示 初始位置时激光平面a: =0或S,^T = 0 (初始位置J^与义相等)激光平面e: S/A-0或S/x-0 (初始位置A与Z相等)其中，《、^为列向量形式为(",6，c，lf ，称其为平面坐标；X为发射机坐 标系下传感器位置三维齐次坐标Oc，少，z，l)、 Za、 J^为激光平面坐标系下齐次 坐标。当发射机绕z轴以co速度转动时，激光平面坐标系o-义。i;Za和o-;^^Zp 发生改变。,,时刻，激光平面a过如图3所示待测点P,相应的坐标系变换(O-JiTZ —0-A仏)为("cosP sin汐 0 0)一sin0 cos0 0 00 0 100 0 0其中0(0 = ^为发射机转过角度，及1也可以写作时间,,的函数《(0。因此，xa=^x，而在o-v^i;Za坐标系下有激光平面a方程为s/Xa-o。此时，在O-^ZZ下、激光平面a变为S/XX^0。/2时刻，同样的可以得到在o-;^z下激光平面e为s/^x-o，其中及2 =及2(/2)。此时,P点在某发射机坐标系O-JiTZ下所通过的一条直线为当有多个发射机同时进行定位测量时，我们可得到多组直线方程 ,i^'A=0("1,2，…,"，为发射机编号)将这些方程转换到一个统一的世界坐标系o『-j^ivz『下，所述的世界坐 标系是在参数标定时建立，对每个发射机的坐标系变换( -;^44 —O广WA)为t ;^=maj^，其中^为旋转矩阵；z;为平移矩阵，及* g0 1直线方程变为:<formula>formula see original document page 17</formula>最终，根据多直线相交方法得到了在 -444下的联立方程组为:<formula>formula see original document page 17</formula>其中，h发射机编号；Slt、 激光平面的平面方程系数(",6,c,1)7 ，称为平面坐标;/ ,4、 / 2i:激光平面到初始位置的旋转矩阵，分别是特征时间,的函数；X"同一世界坐标系下待测点坐标；世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵，Mt =<formula>formula see original document page 17</formula>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。当发射机数目大于2时，这是个超定方程组，在模型中的参数&、 524和 M^通过标定确定下来后，根据得到的特征时间/,p ^以最小二乘法便可解出 上述方程组，得到待测点P在 -JiV]V4下坐标位置^^。所用的最小二乘 法是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和找到一组数据的最佳函 数匹配。标定算法模型:标定过程需要确定的测量模型参数有激光平面的平面系 数&、 ^及A^。 M,即世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵，O 1,a、 ？;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。对于每个转台发射机这里一共有12各未知参数，但为了使标定结果的唯一，设定各平移矩阵的Z向变量为0及3个旋转变量中有一个为0。对于一个发射机而言，此时就只有io个未知参数待标定。其中的旋转矩阵和平移矩阵表示为<formula>formula see original document page 18</formula>其中，t为转台发射机编号。 按照设定取值，旋转矩阵和平移矩阵变为A ( ， ，o) = & 取 &、 000cos(rxt) sin(nrt)0 1 00 -sin(r^) cos(n:t) Lsin(T7》 0 cos(/jt)10 0 0 1 00 0 1rA，h，o)=0对发射机k，当有n (n > 6)个位置的标定数据，所述的标定数据包 括标定点，即接收器的位置世界坐标，以及特征时间，列出方程组如下&= 0其中，h发射机编号;":标定点的编号；Slk、 激光平面的平面方程系数(",6,c，lf ，称为平面坐标；^、 Ap激光平面到初始位置的旋转矩阵，分别是特征时间^、 Q的函数；X"同一世界坐标系下待测点坐标；MA:世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵， ]，A、 z;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。根据上述方程组，以给定的初始值，所述的初始值的格式为K, 6" ， c" ， "2* ， & ， c2*, ^ ， h ，， w ), 应用Levenberg-Marquardt优化搜索算法最小化得到各标定量。标定实施步骤应用所述测量算法模型进行测量计算之前，首先得完成 测量算法模型参数的标定，具体步骤如下(1) 建立世界坐标系以及标定空间在三维标定移动台周围2m ~ 3m距离放置转台发射机；在三维标定移动台上建立世界坐标系 -;^44，原点 为三维标定移动台位于X方向导轨量程中点、Y方向导轨量程中点以及数显高度尺量程起点时的位置，方向为 X方向导轨正向，4方向为Y方向导轨正向，Z^方向为数显高度尺 正向，见图6;(2) 采集标定数据将接收器固定于三维标定移动台数显高度尺上， 利用导轨及高度尺使接收器在;4V、 ^方向上从-450mm到450mm， ^方向从0mm到900mm，各方向上间隔300mm,共64个位置移 动，记录下接收器在所述的世界坐标系下坐标位置，并采集各发射机发射来的激光信号，经由数据采集卡导入计算机，得到特征时间^ 和Q，所述的坐标位置数据与特征时间组成标定数据；(3) 粗测各发射机位置利用巻尺工具粗略测量发射机在;iv、 ^方向上坐标位置(^，乂)， k为发射机编号；(4) 采用标定模型进行参数计算，见图7，其步骤为a) 确定初始值结合发射机粗测位置(《,乂)，初始设为 (0，0，0，0,0,0,0，0，々*0);b) 初次标定此次标定中设定标定模型的旋转参数/^、 ^为定值， 以(0，0,0，0,0，0，0，0，^，乂)为初始值，应用标定模型，结合得到的标 定数据对％、 &、 cu、 fl2*、 62i、 c 进行标定；c) 二次标定以初次标定得到的结果(《，K，《，&,《，;c;;，x，o，o)作为二次标定的初始值应用标定数据，采用设计的标定模型进行二次标定；d) 反投标定点坐标将二次标定的结果(d《,《，&,《X，hVx;，W)以及标定数据中的特征时间，代入测量算法模型中计算标定点坐标，同时计算反投坐标结果与标定 数据中的坐标数据之间的误差，即e-k反鹏果-Jif标定数据l，以及反投e)判断是否存在粗大误差。如果反投坐标误差s大于3倍的反投坐标结果标准差J，依据粗大误差的莱以特判别准则，即利用了概率论 的知识，小概率事件认为不可发生，这里的小概率事件是指误差大于3a的数据不是含有粗大误差的数据。在将含有粗大误差的数据从标定数据中予以去除后，返回步骤b);否则就结束标定，以二次标定结果为最终标定结果。
权利要求
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，安装在其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tZk，计算特征时间t1k与t2k，t1k＝t峰值1k-tZk、t2k＝t峰值2k-tZk，k为发射机编号；(4)结合所述的特征时间t1k与t2k，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。
2、 根据权利要求1所述的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，所述的转台发射机由交流伺服电机驱动，并且安装在其 头部的第一激光器(1)和第二激光器(2)的轴线位于同一直线上，此直线 垂直并交于发射机旋转轴线，所述的第一激光器(1)和第二激光器(2)形 成的激光平面a和激光平面P与所述的旋转轴线的夹角分别为W、 y2，其中 K、 ^的范围均为30° 60。，速率范围为2400r/min ~ 3000r/min，同时所述 交流伺服电机通过伺服控制器控制，伺服控制器向信号采集卡发送固定时间间隔的OZ脉冲信号，此脉冲信号的时间间隔与发射机转速"相关为^Hz， 其中co单位为r/min。
3、根据权利要求1所述的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，所述的测量算法模型，根据多直线相交方法在世界坐标系 Ow -J^JVZ^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=0'S,/i ,,A/,A^=0 (1)其中，h发射机编号；&、 S2t:激光平面的平面方程系数(fl，6，c，lf，称为平面坐标，即(",6,c，1)对应的平面方程为ox + Z^ + cz + l-0;^、 i 2"激光平面到初始位置的旋转矩阵；X"世界坐标系下待测点坐标；A/"世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵， ，A 、 7;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,cos(6 ) sin(c^). 0 0、 及=-sin( )cos( )0 0;* — 0 0 10t 0 0 0 1,其中，j:激光平面的编号； 0):为发射机转速；、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<formula>formula see original document page 31</formula>所述的测量算法模型所含有的未知参数^ 、 Sw和Mt通过参数标定确定。
4、根据权利要求3所述的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，所述的参数标定，具体步骤为(1) 建立世界坐标系以及标定空间在三维标定移动台周围2m 3m 距离放置转台发射机；在三维标定移动台上建立世界坐标系Ow-J^lV4，原 点 为三维标定移动台位于X方向导轨量程中点、Y方向导轨量程中点以 及数显高度尺量程起点时的位置，J^方向为X方向导轨正向，^方向为Y 方向导轨正向，Z『方向为数显高度尺正向；(2) 采集标定数据将接收器固定于三维标定移动台数显高度尺上，利用导轨及高度尺使接收器在Xw 、 ^方向上从-450mm到450mm， ^方向 从0mm到卯0mm，各方向上间隔300mm，共64个位置移动，记录下接收 器在所述的世界坐标系下坐标位置，并采集各发射机发射来的激光信号，经 由数据采集卡导入计算机，得到特征时间^与^，所述的坐标位置数据与特 征时间组成标定数据；(3) 粗测各发射机位置利用巻尺工具粗略测量发射机在^^、 &方向上坐标位置"°,乂)；(4)采用标定模型进行参数计算的步骤为a) 确定初始值根据发射机粗测位置W，乂)，初始值设为 (0,0，0，0，0，0,0，0,xt0,>v0);b) 初次标定此次标定中设定标定模型中的旋转参数^、 为定值， 以(0,0，0，0，0，0，0，0，《，乂)为初始值，应用标定模型，结合得到的标 定数据对 、6U、 q、 "2a、 62t、 c2i、 凡进行标定；C) 二次标定以初次标定得到的结果(《,&，4，《，&，c4，;c;，乂,0，0)作 为二次标定的初始值应用标定数据，采用设计的标定模型进行二 次标定；d) 反投标定点坐标将二次标定的结果(d《，"2v62 ,《，《，hVx:，W)以及标定数据中的特征时间，代入测量算法模型中计算标定点坐标，同时计算反投坐标结果与标定 数据中的坐标数据之间的误差，即e-l义础^-X蹄鹏l，以及反投坐标结果标准差C7-j2^;V w-le) 判断是否存在粗大误差如果反投坐标误差e大于3倍的反投坐标 结果标准差C7，将含有粗大误差的数据从标定数据中予以去除，并 返回步骤b);否则就结束标定，以二次标定结果为最终标定结果。
5、根据权利要求4所述的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，所述的标定模型，具体指1; (fe/《M" 丫+(C4) )2) (2)其中，h发射机编号；/:标定数据的编号；1*及,兀S2t:激光平面的平面方程系数("Ac，l)、称为平面坐标； / 2t:激光平面到初始位置的旋转矩阵 所述的世界坐标系下待测点坐标；世界坐标系到发射机坐标系的坐标变换矩阵，M4 =A、 z;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，设定各平移矩阵的Z向变量为0及3个旋转变量中有一个为0,对于一个发射机k而言，旋转矩阵^和平移矩阵7;表示为见 <formula>formula see original document page 6</formula>此时就对于每个转台发射机只有10个未知参数待标定，给定一组初始 值，所述的初始值格式为(fl1Jfc，6u,ci;t,"2t,62t,c^，;cA,h,/^， )，应用 Levenberg-Marquardt优化搜索最小化公式(2)的值，可得到各个系统参数。
6、根据权利要求4所述的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，所述的三维坐标移动台，具体指大理石工作台上两侧平 行安装两条长1204mm的直线导轨作为X方向导轨，量程为lOOOmm，两导 轨间隔为900mm;在所述的X方向导轨上垂直安装了一条1204mm长的直 线导轨作为Y方向导轨，量程为1000mm;在所述的Y方向导轨上，垂直于 X方向导轨与Y方向导轨安装1204mm长的数显高度尺，量程为lOOOmm。
全文摘要
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，从而推导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。
文档编号G01B11/00GK101329165SQ20081015038
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者刘中正, 刘志刚, 王民刚, 许耀中 申请人:西安交通大学