[發明專利]基于光電跟蹤技術的三軸氣浮臺姿態測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201611214819.3
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106595638B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 夏紅偉;祝月;馬廣程;王常虹;張大力
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C11/34
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

本發明提供了一種基于光電跟蹤技術的三軸氣浮臺姿態測量裝置及測量方法。裝置為：儀表平臺的內壁上設有標志點，儀表平臺的上方豎直放置一個立方體棱鏡，兩個激光準直儀垂直設置，當標志點位于攝像機的中心時，兩個激光準直儀分別正對立方體棱鏡的兩個相鄰面，轉臺內環設置在氣浮臺底座和轉臺中環之間，轉臺內環的兩側由轉臺內環軸與轉臺中環轉動連接，攝像機固定在轉臺內環上。方法為：激光準直儀發出的光經立方體棱鏡反射，將微小的角度偏差擴大，沿Y軸水平放置的激光準直儀測量平臺初始X方向和Z方向的偏角，沿X軸水平放置的激光準直儀測量平臺Z方向和Y方向的偏角，通過兩個激光準直儀的組合測量，矯正由于各種因素引起的測角誤差。

技術領域

本發明涉及一種基于光電跟蹤技術的三軸氣浮臺姿態測量裝置及測量方法，屬于三軸氣浮臺姿態測量裝置及方法技術領域。

背景技術

三維角度測量裝置是在三維的運動裝置上安裝角度測量元件實現運動裝置的三維姿態測量。現有的三維高精度角度測量系統主要包括慣性測量裝置和光學測量裝置。

慣性測量裝置：慣性姿態測量裝置主要為陀螺儀，包括機械陀螺，激光陀螺，光纖陀螺，振動陀螺等。傳統的機械陀螺包括二自由度和三自由度機械陀螺，結構復雜，同時精度受很多方面的制約。近幾十年來，光學陀螺和振動陀螺得到了非常迅速的發展。相比于傳統的機械陀螺，光學陀螺具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等特點，因此越來越多的應用到航天等領域的姿態測量。

光學測量裝置：目前常用的光學測量裝置為激光跟蹤儀。專利《基于慣性檢測的激光跟蹤儀靶球定位系統》(專利申請號201410661823.9，申請公布號CN104406585A、申請公布日2015年3月11日)中指出，由于其具有測量范圍大、操作簡單、可現場檢測等特點，因此是目前具有廣泛應用價值的測量方法。文獻《一種高精度三維小角度同時測量方法》(中國激光,2013,期12)中提出一種以單個直角棱鏡為敏感元件的高精度三維小角度同時測量方法。該方法將準直光束垂直入射到鍍有分束膜的直角棱鏡的斜邊面，由兩個四象限探測器分別接受并作差分測量，可以實現三個姿態角的測量。這種方法避免了誤差串擾，同時增加了抗干擾能力，其偏航、俯仰角分辨率達0.1”，滾轉角分辨率可達0.3”，測角精度約為1”和2”。但是僅適用于小角度測量，應用范圍十分有限。

傳統的機械陀螺結構復雜，精度較低，光學陀螺精度高，結構小巧緊湊，但是由于價格昂貴難以廣泛應用。

專利《基于慣性檢測的激光跟蹤儀靶球定位系統》中使用的激光跟蹤儀的最高精度為0.01°，達不到高精度測角的要求。同時，激光跟蹤儀在效率、便捷性上存在一些不足，使用單臺激光跟蹤儀也無法實現自動測量定位，需要工作人員人工引光，測量效率低。另外，在運動時難免出現光線遮擋或入射激光角度超過量程而導致斷光，影響測量進度。目前有基于視覺的激光跟蹤儀測量定位系統，但是其也存在光線遮擋的問題。在測量過程中如果發生了遮擋，則必須退回之前已知點位重新規劃軌跡，影響測量進度。

文獻《一種高精度三維小角度同時測量方法》中提出的高精度三維小角度同時測量方法雖然可以達到很高的精度，但是測量范圍僅為1000”，受到很大的限制，無法滿足姿態角有較大變化時的應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種基于光電跟蹤技術的三軸氣浮臺姿態測量裝置及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：