[发明专利]基于光电跟踪技术的三轴气浮台姿态测量装置及测量方法

说明书

本发明提供了一种基于光电跟踪技术的三轴气浮台姿态测量装置及测量方法。装置为：仪表平台的内壁上设有标志点，仪表平台的上方竖直放置一个立方体棱镜，两个激光准直仪垂直设置，当标志点位于摄像机的中心时，两个激光准直仪分别正对立方体棱镜的两个相邻面，转台内环设置在气浮台底座和转台中环之间，转台内环的两侧由转台内环轴与转台中环转动连接，摄像机固定在转台内环上。方法为：激光准直仪发出的光经立方体棱镜反射，将微小的角度偏差扩大，沿Y轴水平放置的激光准直仪测量平台初始X方向和Z方向的偏角，沿X轴水平放置的激光准直仪测量平台Z方向和Y方向的偏角，通过两个激光准直仪的组合测量，矫正由于各种因素引起的测角误差。

技术领域

本发明涉及一种基于光电跟踪技术的三轴气浮台姿态测量装置及测量方法，属于三轴气浮台姿态测量装置及方法技术领域。

背景技术

三维角度测量装置是在三维的运动装置上安装角度测量元件实现运动装置的三维姿态测量。现有的三维高精度角度测量系统主要包括惯性测量装置和光学测量装置。

惯性测量装置：惯性姿态测量装置主要为陀螺仪，包括机械陀螺，激光陀螺，光纤陀螺，振动陀螺等。传统的机械陀螺包括二自由度和三自由度机械陀螺，结构复杂，同时精度受很多方面的制约。近几十年来，光学陀螺和振动陀螺得到了非常迅速的发展。相比于传统的机械陀螺，光学陀螺具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等特点，因此越来越多的应用到航天等领域的姿态测量。

光学测量装置：目前常用的光学测量装置为激光跟踪仪。专利《基于惯性检测的激光跟踪仪靶球定位系统》(专利申请号201410661823.9，申请公布号CN104406585A、申请公布日2015年3月11日)中指出，由于其具有测量范围大、操作简单、可现场检测等特点，因此是目前具有广泛应用价值的测量方法。文献《一种高精度三维小角度同时测量方法》(中国激光,2013,期12)中提出一种以单个直角棱镜为敏感元件的高精度三维小角度同时测量方法。该方法将准直光束垂直入射到镀有分束膜的直角棱镜的斜边面，由两个四象限探测器分别接受并作差分测量，可以实现三个姿态角的测量。这种方法避免了误差串扰，同时增加了抗干扰能力，其偏航、俯仰角分辨率达0.1”，滚转角分辨率可达0.3”，测角精度约为1”和2”。但是仅适用于小角度测量，应用范围十分有限。

传统的机械陀螺结构复杂，精度较低，光学陀螺精度高，结构小巧紧凑，但是由于价格昂贵难以广泛应用。

专利《基于惯性检测的激光跟踪仪靶球定位系统》中使用的激光跟踪仪的最高精度为0.01°，达不到高精度测角的要求。同时，激光跟踪仪在效率、便捷性上存在一些不足，使用单台激光跟踪仪也无法实现自动测量定位，需要工作人员人工引光，测量效率低。另外，在运动时难免出现光线遮挡或入射激光角度超过量程而导致断光，影响测量进度。目前有基于视觉的激光跟踪仪测量定位系统，但是其也存在光线遮挡的问题。在测量过程中如果发生了遮挡，则必须退回之前已知点位重新规划轨迹，影响测量进度。

文献《一种高精度三维小角度同时测量方法》中提出的高精度三维小角度同时测量方法虽然可以达到很高的精度，但是测量范围仅为1000”，受到很大的限制，无法满足姿态角有较大变化时的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种基于光电跟踪技术的三轴气浮台姿态测量装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：