[发明专利]一种激光平面扫描网络的空间测量定位方法

摘要

本发明提出了一种激光平面扫描网络的空间测量定位方法，解决了多基站系统的空间定位问题，以及空间大尺寸测量问题和虚拟现实系统的空间实时定位问题等。其基本原理是每台发射基站中安装有两个具有固定偏置角的线激光器，并在伺服电机的驱动下对测量空间进行扫描，接收器一旦接收到激光信号会将该信号转化为电信号，并通过“FPGA+ARM”的数据处理系统对电信号的脉冲时序信息进行提取、识别和分离，同时根据参考接收器和测量接收器的峰值信号计算出各发射基站到测量接收器的空间直线方程，并根据各发射基站坐标系与世界坐标系的位置关系得到世界坐标系下各发射基站到测量接收器的空间直线方程，最后利用最小二乘原理求解系统定位模型，从而获到待测点的空间三维坐标，实现系统定位。

主权项

一种激光平面扫描网络的空间测量定位方法，其特征在于，按以下步骤实现：1）每台发射基站中安装有两个具有固定偏置角的线激光器，分别是激光器1和激光器2，并且发出的两个激光平面与竖直面呈一定夹角；2）两台或两台以上的发射基站在伺服电机的驱动下对空间进行扫描，同时对各发射基站进行编号，并设置相应转速，以3000 r/min为起点，每台发射基站依次增加100 r/min；3）建立各发射基站坐标系，并以发射基站1坐标系作为系统世界坐标系；4）接收器通过光电池将接收到的激光信号转化为电信号，并通过“FPGA+ARM”的数据处理系统对电信号的脉冲时序信息进行提取、识别和分离，同时记录光电池接收激光信号波峰位置的时间t；5）测量接收器接收到激光器1和激光器2的峰值信号时间分别记为t峰值1i和t峰值2i,参考接收器接收到激光器1的峰值信号时刻作为计时零点，记为t0i,并分别计算激光平面1和激光平面2的旋转角度θ1i和θ2i：式中，— 发射基站编号；— 发射基站转速；6）分别计算激光器1和激光器2扫过测量接收器时激光平面的空间方程：式中，— 激光平面在零点位置的法向量；— 测量接收器坐标；— 激光平面从零点位置到测量接收器位置的旋转矩阵，7）分别计算从各发射基站到测量接收器的空间直线方程：式中，— 发射基站编号；— 发射基站到测量接收器的空间直线；— 激光平面1在零点位置的法向量；— 激光平面2在零点位置的法向量；— 激光平面1从零点位置到测量接收器位置的旋转矩阵；— 激光平面2从零点位置到测量接收器位置的旋转矩阵；— 测量接收器坐标；8）将各发射基站坐标系转换到世界坐标系下，并得到世界坐标系下各发射基站到测量接收器的空间直线方程：式中，— 发射基站编号；— 发射基站到测量接收器的空间直线；— 发射基站坐标系到世界坐标系的旋转矩阵；— 发射基站坐标系到世界坐标系的平移矩阵；9）推导出最终系统空间定位模型；式中，— 发射基站编号；— 激光平面1在零点位置的法向量；— 激光平面2在零点位置的法向量；— 激光平面1从零点位置到测量接收器位置的旋转矩阵；— 激光平面2从零点位置到测量接收器位置的旋转矩阵；— 发射基站坐标系到世界坐标系的旋转矩阵；— 发射基站坐标系到世界坐标系的平移矩阵；— 测量接收器坐标；10）利用最小二乘优化求解系统定位模型，确定测量接收器空间坐标，最终实现系统定位。