[发明专利]一种多激光跟踪仪快速互瞄定向方法

权利要求书

1.一种多激光跟踪仪快速互瞄定向方法，对于某两台激光跟踪仪，包括以下步骤：

步骤一、在测量空间布设两台激光跟踪仪的站位，分别为第一站位和第二站位，分别将一个球座置于各自激光跟踪仪的俯仰转座上，且偏离原点一定距离；

步骤二、用两台激光跟踪仪互相扫瞄对方球座上的标记点，为姿态1，分别记录两台激光跟踪仪的测量数据；

步骤三、将两台激光跟踪仪的水平角和俯仰角都转180度左右，为姿态2，相互瞄准对方球座上的标记点，分别记录两台激光跟踪仪的测量数据；

步骤四、在两个站位接近中间的连线上放置一个公共点，两个跟踪仪分别测量该公共点并记录数据；

步骤五、求解两台激光跟踪仪站位之间的位姿关系，方法如下：

步骤5-1)设两台激光跟踪仪一个为第一跟踪仪，另一个为第二跟踪仪，第二跟踪仪的原点在第一跟踪仪坐标系下的矢量方向为p₁₂，相应第一跟踪仪的原点在第二跟踪仪坐标系下的矢量方向为p₂₁，由于Z轴平行，设p′₁₂、p′₂₁为p₁₂、p₂₁在各自坐标系下XOY平面投影的单位矢量，得到姿态角

步骤5-2)平移向量的求取需要求得两站原点之间的距离，设两台跟踪仪的中心连线与公共点之间的夹角分别为φ₁和φ₂，则得到两个站位原点之间的距离为：

d=d1m2+d2m2-2d1md2mcos(π-φ1-φ2)]]>

其中，d_1m和d_2m分别为第一跟踪仪和第二跟踪仪的原点到公共点之间的距离，则第二跟踪仪相对于第一跟踪仪的平移向量T＝d*p₂₁，由此可得到位姿关系为姿态角θ和平移向量T；

步骤六、以上述过程得到的位姿关系为初值，经过优化得到最终的位姿关系数据:

步骤6-1)对于两个标记点，设第一跟踪仪的标记点为P1，第二跟踪仪上的标记点为P2；在姿态1中，标记点P2相对与第一跟踪仪的坐标系L1，球坐标为(d₁，α₁，β₁)，d₁表示标记点到跟踪仪坐标系原点之间的距离，α₁是水平角，β₁是垂直角，标记点P2相对于第一跟踪仪坐标系L1的关系表示为三维坐标同理在L1坐标系下标记点P1变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵

在L2坐标系下点P2变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵

在姿态2中，L1坐标系下点P1变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵在L2坐标系下点P2变换后的坐标为变化矩阵为一个旋转矩阵

在这里变换矩阵和与姿态1中的标记点球坐标中的角度值相关，同理和与姿态2中标记点球坐标中的角度值相关；

在L1坐标系和L2坐标系下公共点的坐标分别为_L2P₃和_L1P₃；

步骤6-2)标记点坐标之间的关系和两台激光跟踪仪间的位姿关系参数表示为：

PL2f11-RPL1f11-T=0PL2f12-RPL1f12-T=0PL2f21-RPL1f21-T=0PL2f22-RPL1f22-T=0PL23-RPL13-T=0]]>

位姿关系中的姿态角θ可以表示为旋转矩阵R：

R=cosθ-sinθ0sinθcosθ0001]]>

消去公式中的和重新整理方程得：

RL1f1T·RT(PL2f11-T)-RL1f2T·RT(PL2f21-T)=0RL2f1T(R·PL1f12+T)-RL2f2T(R·PL1f22+T)=0PL23-R·PL13-T=0]]>

步骤6-3)用非线性最优化方法LM算法求解上述方程组，以步骤5得到的位姿关系为迭代初值，得到精确优化的位姿关系。