[发明专利]一种基于全站仪的靶道空间坐标基准标定方法

说明书

本发明提供了一种基于全站仪的靶道空间坐标基准标定方法，包括：以枪口为原点建立靶道坐标系，以全站仪为原点建立过渡坐标系，并测量枪口到全站仪之间的初始距离；基于标定架上的三个不共线的标记点，建立标定坐标系；利用靶面坐标测试设备和全站仪分别对标记点进行三维坐标测量，获得标记点在标定坐标系和过渡坐标系下的坐标值；基于罗德里格矩阵建立每一处靶面测试设备的标定坐标系到过渡坐标系的转换关系；加入补偿距离，建立标定坐标系到靶道坐标系的转换关系。本发明采用全站仪三点测距方法代替了激光准直系统，一方面完善现有标定方法、提高标定精度，另一方面降低标定工作量，提高标定效率。

技术领域

本发明属于空间三维坐标的测量和转换领域，具体涉及一种基于全站仪的靶道空间坐标基准标定方法。

背景技术

弹道靶道是专门用于进行各种弹丸或模型的自由飞行试验、气动力和弹道性能研究的封闭式射击靶道。其主要任务是测量弹丸出枪口(或炮口)后的运动状态参数(俯仰角和偏航角)随时间的变化关系，通过数据处理获得弹丸的气动力系数和飞行稳定性判别因子等，为弹丸的理论研究提供数据支撑。为了提高靶道坐标测试系统的测量精度，需要对靶道空间基准系统进行精细的标定工作。

靶道空间基准系统的精度是影响弹丸飞行姿态测试精度的重要因素，高精度的空间基准系统是此后所有工作能否顺利展开、数据测量能否准确的保障，所以建立高精确的弹道靶道空间基准系统是靶道测试的首要任务。然而，现有的靶道空间基准系统存在靶道距离短，标定误差大，可靠性低，操作过程复杂繁琐，使用、维护都很困难，缺乏统一的校准方法等问题，所以亟需开展远距离高精度靶道空间测量定位方法及高精度靶道空间基准设计方法研究。

国内最早提出的标定方法是利用空间分划体的正交立面校正相机位置，利用悬线和等高液面进一步确定空间分划体的空间姿态。这种方法要求相机光轴正交于分划体中心，较难实现。近年来随着相关技术的进一步发展，悬线、水平液面定姿系统被激光准直系统代替，胶片式模拟相机被高分辨率数字相机代替。目前，最新方法是基于双位置传感器PSD和双激光器的空间基准系统。采用相互重合两束激光作为空间基准轴线，依据双PSD反馈的两束光斑位置坐标，通过六维步进电机控制台调节基准载体空间位置，从而建立起靶道空间基准系统。

采用激光平行管的激光光束作为基准光轴，依据光学标靶上反射光斑与初始光斑的重合度来调节基准载体侧面中心轴线与炮口火线平行，依据PSD测量的光斑坐标调节基准载体侧面中心轴线与炮口火线重合；依据基准载体，调节两侧阴影相机的空间位置，使得阴影相机的主光轴与基准载体相对面的网格中心重合，完成对阴影相机的校准。这些方法虽然提高系统精度，但是也对标定方法带来了一些挑战。这其中包括：激光准直系统比较笨重，使用、维护都很困难；标定车所在轨道弯曲、与靶道射向不一致容易造成的在某些位置标定物无法就位进而影响标定。

发明内容

本发明针对双位置传感器PSD和双激光器的空间基准系统标定过程中存在的问题，提出了一种基于全站仪的靶道空间坐标基准标定方法，该方法一方面完善现有标定方法、提高标定精度，另一方面降低标定工作量，提高标定效率。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于全站仪的靶道空间坐标基准标定方法，采用枪管、全站仪、标定架、靶面坐标测试设备、移动升降车、计算机组成的系统实现，所述方法包括以下步骤：

步骤1：以枪口为原点建立靶道坐标系，以全站仪为原点建立过渡坐标系，测量枪口到全站仪之间的初始距离；

步骤2：基于标定架上的三个不共线的标记点，建立标定坐标系；

步骤3：使用靶面坐标测试设备测量三个标记点，记录三个标记点在标定坐标系下的坐标值；

步骤4：使用全站仪测量三个标记点，记录三个标记点在过渡坐标系下的坐标值；

步骤5：基于罗德里格矩阵，建立当前靶面坐标测试设备标定坐标系到过渡坐标系的转换关系；