[发明专利]一种三基座间相对三维姿态角测量系统及方法

说明书

本发明实施例公开了一种三基座间相对三维姿态角测量系统及方法。该测量系统包括第一二维自准直仪，将第一二维自准直仪所发出的光束分成第一光束和第二光束的第一折转光管，第二二维自准直仪，用于将第二二维自准直仪发出光束分成第三光束和第四光束的第三折转光管，用于接收第三光束并将第三光束分成第五光束和第六光束的第二折转光管，设置于第一光束的光路和第五光束的光路交叉位置处的第一目标棱镜，设置于第二光束的光路和第六光束的光路交叉位置处的第二目标棱镜，设置于第四光束的光路和第二光束的光路的交叉位置处的第三目标棱镜。该测量系统具有较高精度、且能够灵活布局、适应工程应用。

技术领域

本发明涉及角度测量的技术领域，具体涉及一种针对三角布局的三基座间相对三维姿态角测量系统及方法。

背景技术

角度作为基本的物理量之一，对其测量方法及测量设备的研究一直受到了广泛的重视。根据应用场合、测量范围、测量精度及自动化程度等的不同要求，人们发展了各种不同的测角方法。角度测量方法具体可以分为机械测量、电子测量、电磁测量及光电测量。其中，光电测量具有非接触、高精度和高灵敏度的特点，并且可以方便的通过图像传感器和数字信号处理器进行实时处理，大大提高了测量设备的自动化程度，尤其是激光的应用给光电测量技术的发展提供了更大的技术发展空间。

角度测量也可分为静态测量和动态测量两种。对物体的小角度偏转进行高精度、连续和自动测量是角度测量的一个重要方面，有很强的应用需求。例如，航天测量船上的测控系统一般包括惯导系统、雷达、经纬仪、微波测控系统等多台套测量设备。由于航天测量船不是一个绝对的刚体，虽然在陆地建造期会对测控系统的测量及基准设备的坐标基准匹配到一定精度，但在海上航行时会因船体变形导致三维变形角(具体包括纵向挠曲、横向挠曲、扭转角)。由于三维变形角的存在，使得测量设备在直接使用事先标定好的坐标基准时会产生测量误差。为了提高测量设备的测量精度必须对上述三维变形角进行实时测量。

目前，自准直法(包括准直法)是应用最为广泛的高精度光电测量方法。自准直法具有系统简单、测量精度高、工程应用方便等优点，但自准直法无法测量扭转角。目前，解决扭转角及三维角度光电测量的方法，主要有激光干涉法、偏振光方法以及基于图像的测量方法等。

当前工程应用中，针对一条直线上的多个基座间相对三维变形角测量代表性的方案是航天测量船上的船体变形测量系统。航天测量船上的船体变形测量系统通过准直方法实现了纵向挠曲和横向挠曲的测量，通过大钢管法实现了扭转角的测量。该方法测量精度高，但系统复杂，占用空间大，不具有一般应用型。

针对现有技术中对三角布局的三基座间相对三维姿态角测量系统复杂、占用空间大而无法实际应用的问题，急需一种具有较高精度、且能够灵活布局、适应工程应用的针对三角布局的三基座间相对三维姿态角测量系统及相应的测量方法。

发明内容

针对现有技术中对三角布局的三基座间相对三维姿态角测量系统复杂、占用空间大而无法实际应用的问题，本发明实施例提供一种针对三角布局的三基座间相对三维姿态角测量系统及相应的测量方法。本发明实施例提供的针对三角布局的三基座间相对三维姿态角测量系统能够同时对三基座间的相对三维姿态角进行测量，较高的测角精度，且能够灵活布局，适应工程应用。