[发明专利]一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法

说明书

本发明属于空间位置关系测量领域并公开了一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法；具体包括：利用光电自准直仪测量输出，得到光轴与反射面法线的平行关系，再利用倾角测量模块得到光电自准直仪光轴与地理坐标系水平面的相对关系。如此可以由G1、G2、G3、G4分别得到L1的Y轴、X轴、L2的X轴、L2的Y轴倾角。再由G5对P的测量得到L1与L2的方位关系；本发明方法简单、可靠，倾角测量模块与光电自准直仪相结合，克服了现有技术中电子经纬仪的倾角测量的量程有限，不能满足任意姿态关系的测量的难题以及现有技术中电子经纬仪只能在静态环境下人工测量的难题。

技术领域

本发明涉及空间中空间位置关系测量技术领域，尤其涉及一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法。

背景技术

现有技术中，在空间中确定两个物体相对关系，主要包含以下几种方式：(1)使用一个全局测量设备，分别对两个物体的进行姿态测量。例如，在自动装配现场，机械臂对两个零件进行组装时，机械臂能够分别测量两个零件姿态，确保两个零件相对关系正确；(2)使用其中一个物体对另外一个物体进行姿态测量。例如，单目摄影测量相机，通过对目标物体进行拍摄图像，可以计算出目标物相对自身的姿态关系；(3)两个物体同时对第三方参考体进行测量，各自输出参考体姿态后反推。例如，双目摄影测量相机，同时对标定板进行拍摄图像，可以建立两个相机之间的姿态关系。

两个空间物体的相对姿态关系可以使用一个转换矩阵表示，也可以分解为三个轴序的旋转角。在实际应用过程中，物体的坐标轴分为虚实两种，如圆柱体中心轴、机械平面等定义的可视为实轴，而通过传感器测量零位、数学定义的可视为虚轴。定义为虚轴的坐标系，在建立彼此相对关系时，往往需要借助外部特征将虚轴转换为实轴，尤其是传感器所能感知的物理量不同时。立方镜由于具有可直接光学观测的特性，常被用作为轴系基准；并使用电子经纬仪对镜面进行准直测量，并以地理坐标系作为参考，得到两个立方镜的相对关系。

在公开发表的论文及相关专利系统检索发现，测量两个立方镜姿态所用的设备皆为通用电子经纬仪；由于电子经纬仪的倾角测量的量程有限，不能满足任意姿态关系的测量；此外通用电子经纬仪只能在静态环境下人工测量，不能满足动态自动监测的功能。鉴于此，如何提供一种能在空间任意姿态下动态测量两立方镜相对姿态的方法是本领域技术人员需要解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术中电子经纬仪的倾角测量的量程有限，不能满足任意姿态关系的测量，此外通用电子经纬仪只能在静态环境下人工测量，不能满足动态自动监测的功能的难题，本发明提供了一种能在空间任意姿态下动态测量两立方镜相对姿态的方法。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

设计一种空间任意姿态下两立方镜相对姿态的动态测量方法，包括如下步骤：

步骤一：建立待测量的立方镜L1、立方镜L2模型，并使用五套光电自准直仪，所述的光电自准直仪分别为光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3、光电自准直仪G4以及光电自准直仪 G5；

步骤二：所述的光电自准直仪G1使用倾角测量模块E1，所述的光电自准直仪G2使用倾角测量模块E2，所述的光电自准直仪G3与光电自准直仪G5固联安装并共用倾角测量模块E3，所述的光电自准直仪G4使用倾角测量模块E4，其中所述的光电自准直仪G2包含固联安装的平面反射镜P；

步骤三：将所述的光电自准直仪G1对准立方镜L1的Y轴，将所述的光电自准直仪G2对准立方镜L1的X轴，将所述的光电自准直仪 G3对准立方镜L2的X轴，将所述的光电自准直仪G4对准立方镜L2 的-Y轴；

步骤四：分别调整光电自准直仪G1、光电自准直仪G2、光电自准直仪G3以及光电自准直仪G4，使其与对应立方镜的反射面法线处于基本平行状态；然后；设计同一时刻光电自准直仪G5对准光电自准直仪G2中固联的平面反射镜P进行测量，便得到立方镜L1与立方镜L2的方位关系。