[发明专利]一种基于wMPS的动态物体的位置姿态测量方法

摘要

一种基于wMPS的动态物体的位置姿态测量方法，首先在测量试验现场放置激光发射站，在被测物表面安装激光接收器，并令激光发射站匀速自转并发送光脉冲信号，然后通过内部晶振、各个激光发射站的自转周期得到各个激光接收器的旋转角度及时间戳，进而解算得到各个激光接收器位置坐标，最后判断激光接收器位置坐标并进行修正，进而完成动态物体位置姿态的测量。本发明方法与现有技术相比，在计算结果中集成信号处理器在本地计时信息，将多个激光接收器坐标测量结果同步到同一时刻，有效降低了激光接收器由于坐标测量时刻不同步造成的被测物位置姿态测量误差，实现基于wMPS的工业现场实时高精度大尺寸位姿测量。

主权项

一种基于wMPS的动态物体的位置姿态测量方法，包括：步骤一、在测量试验现场放置n个激光发射站，记为激光发射站i，i＝1，2，3…，n，然后在被测物表面任意选取m个测点安装激光接收器，记为激光接收器j，j＝1，2，3…，m，其中，n为激光发射站数量，m为激光接收器数量；步骤二、令n个激光发射站匀速自转，激光发射站i在自转周期Ti的起始时刻发送同步光脉冲，同时在自转周期Ti内还发送两束扫描光脉冲，其中，n个激光发射站的自转周期分别记为T1、T2、T3…Tn；所述的同步光脉冲、扫描光脉冲为光平面信号，激光发射站i的同步光脉冲、两束扫描光脉冲的角度信息各不相同且n个激光发射站的同步光脉冲、两束扫描光脉冲角度信息各不相同，其中，角度信息为光平面信号与水平面的垂直面的夹角；步骤三、令m个激光接收器将接收到的多个激光发射站发送的同步光脉冲及扫描光脉冲并将其分别转换为同步电脉冲及扫描电脉冲信号；步骤四，以统一的计时基准对激光发射站i的同步电脉冲及扫描电脉冲信号按照激光发射站i的自转周期Ti进行匹配计时，对于激光发射器i，将激光接收器接收到激光发射器i的同步光脉冲的时刻记为t0，将激光接收器分别接收到激光发射器i的两束扫描光脉冲的时刻分别记为t1、t2，得到在自转周期Ti内激光发射器i扫过激光接收器时的旋转角度θ1i、θ2i分别为θ1i=t1-t0Ti*2π]]>θ2i=t2-t0Ti*2π]]>将t0作为激光发射站i的时间戳；其特征在于包括如下步骤：步骤五、建立wMPS坐标系，然后在wMPS坐标系中对激光发射站i的两束扫描光平面的平面方程系数进行标定，并分别记为(a1i,b1i,c1i,d1i)与(a2i,b2i,c2i,d2i)，对激光发射站k的两束光平面的平面方程系数进行标定，并分别记为(a1k,b1k,c1k,d1k)与(a2k,b2k,c2k,d2k)，进而得到激光接收器j在tpj时刻的坐标Pj(xj,yj,zj)，遍历所有激光接收器，得到各个激光接收器坐标，并分别记为P1,P2,P3,…Pm，坐标解算时刻分别为tp1,tp2,tp3,……tpm，其中，k＝1,2,3…n，得到(xj,yj,zj)可由下式求得(a1icos(θ1i)‑b1isin(θ1i))xj+(a1isin(θ1i)+b1icos(θ1i))yj+c1izj+d1i＝0(a2icos(θ2i)‑b2isin(θ2i))xj+(a2isin(θ2i)+b2icos(θ2i))yj+c2izj+d2i＝0(a1kcos(θ1k)‑b1ksin(θ1k))xj+(a1ksin(θ1k)+b1kcos(θ1k))yk+c1kzj+d1k＝0(a2kcos(θ2k)‑b2ksin(θ2k))xj+(a2ksin(θ2k)+b2kcos(θ2k))yj+c2kzj+d2k＝0；tpj为激光接收器j接收到的所有激光发射站时间戳的均值，wMPS坐标系的Z轴竖直向上，Z轴与激光发射站1的第一束同步光脉冲的交点为原点，XOY平面过原点并垂直于Z轴，第一束同步光脉冲与XOY平面的交线为X轴，Y轴指向根据右手定则确定；步骤六、如果max(tp1,tp2,tp3,…tpm)‑min(tp1,tp2,tp3,…tpm)≤Tmax，则根据各个激光接收器坐标(P1,P2,P3,……Pm)计算动态物体位置姿态，动态物体的位置姿态测量结束，如果max(tp1,tp2,tp3,…tpm)‑min(tp1,tp2,tp3,…tpm)>Tmax，则转入步骤七，其中，Tmax＝max(T1,T2,T3,…,Ti)；步骤七、令tpq＝max(tp1,tp2,tp3,……tpm)，得到tpq时刻激光接收器k的修正坐标Pk为P′′k=Pk+tpq-tpkt′pk-tpk·(Pk-P′k)]]>其中，P′k为激光接收器k上一自转周期的坐标，q＝1,2,3…m，t′pk为激光接收器k上一自转周期的坐标P′k的时刻；步骤八、根据各个激光接收器坐标P1”,P2”,P3”,…,Pm”计算动态物体位置姿态。