[发明专利]一种二自由度激光扫描方法及中空式数控云台

说明书

技术领域

本发明属于二自由度扫描技术领域，尤其是涉及一种二自由度激光扫描方法及中空式数控云台。 

背景技术

机场上的飞鸟对飞行安全构成很大的隐患，鸟被吸进飞机发动机有可能造成机毁人亡的惨剧。驱鸟是每个机场很繁重的一项任务，无人值守的激光驱鸟设备便应运而生。激光驱鸟效果良好，但有一个关键问题必须得到很好地解决，这就是极坐标系下光斑位置的准确计算。 

激光驱鸟的原理是通过一个一米多高的二自由度云台，控制二自由度云台水平轴的左右转角u和俯仰轴的俯仰角v，将激光光束投射到几十米到一千多米远的地面上，并相应形成一个在规定扫描区域内扫描的光斑，从而将飞鸟吓跑。这就需要确定一个光斑位置计算方法，即如何准确计算出二自由度极坐标系下的两个角度，使得光斑在地面上按需要的扫描轨迹（如直线）运动。也就是说，如何将地面上任意一点坐标P(x，y)转换为极坐标系下二个轴的转角u和v。 

现如今，将地面上任意一点坐标P(x，y)转换为极坐标系下二个轴的转角u和v时，采用以下方法进行坐标转换：当已知平面直角坐标系下P点的横坐标x和纵坐标y时，根据公式和 计算得出扫描至P点时二自由度云台水平轴的左右转角u和俯仰轴的俯仰角v；当已知极坐标系下二自由度云台水平轴的左右转角u和俯仰轴的俯仰角v时，根据公式和计算得出当前时刻所扫描光斑的平面直角系坐标x和y。 

这样，实际应用过程中，先在现场将二自由度云台调整至零点并相应对扫描的零点位置进行确定，之后手动调整二自由度云台水平轴的左右转角u和俯仰轴的俯仰角v，使得激光指向一系列目标点，如指定目标点为地面上一个矩形的四个顶点时，先获得与该四个顶点相对应的四组(u，v)坐标，然后将上述四组(u，v)坐标通过和转换到平面直角坐标系，并相应得到与四组(u，v)坐标相对应的四组(x,y)坐标；然后，确定扫描轨迹及扫描速度，且自动运行后每间隔一定时间（例如1ms）扫描至平面直角坐标系中的一个新的扫描点，将这个扫描点的(x,y)坐标通过和转换为极坐标系中的(u，v)坐标，便获得扫描至该扫描点时二自由度云台水平轴的左右转角u和俯仰轴的俯仰角v，再根据所获得的左右转角u和俯仰角v对二自由度云台的水平轴与俯仰轴进行控制，从而达到激光光斑在地面上按规定的扫描轨迹（如直线）进行匀速扫描的目的。 

上述坐标转换方法理论上不存在任何问题，但是实际应用时效果却非常差，其原因就是上述坐标转换公式对二自由度云台的安装角度极其敏感，例如当二自由度云台的高度h为1.5米且光斑投射到1000米处时，俯仰角v值只有0.08594°，因此只要二自由度云台安装的水平度有0.1度的偏差，其坐标转换得到的直角坐标系坐标值误差便无法忍受，甚至俯仰角v值还会出现负值，导致上述坐标转换公式无法使用。实际使用过程中，只有二自由度云台水平度的安装精度达到0.01度时，上述坐标转换公式才有使用价值。但是在使用现场，要求做到水平度为0.01度的安装精度几乎是不可能的事情。 

因此，实际使用时就必须在现场进行很复杂、很精密的坐标标定，并确定二自由度云台在各个方向上的水平度偏差值，且在应用上述坐标转换公式计算时再根据不同的方位角逐一扣除相应的水平度偏差值，从而得到精度可接受的坐标转换结果。但是，在现场进行坐标标定的过程太复杂， 非常麻烦，代价很高，用户几乎无法接受。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种方法步骤简单、实现方便且事先无需进行坐标标定、扫描效果好的二自由度激光扫描方法。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种二自由度激光扫描方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 

步骤一、扫描目标点设定：在预先设定的激光器的扫描区域内选取N个地面点作为目标点，其中N≥3；所述激光器安装于二自由度云台上； 

步骤二、目标点三维坐标确定：对步骤一中所选取N个所述目标点的三维坐标分别进行确定，并根据预先设计的扫描先后顺序对N个所述目标点进行编号，N个所述目标点按照扫描先后顺序由先至后分别为目标点P₁、目标点P₂、…、目标点P_N；