一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法技术

技术编号:13460535 阅读:61 留言:0更新日期:2016-08-04 10:47
一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,涉及大尺寸空间及地面精密测量领域;(1)采用具有内置自动搜索照准功能的全站仪,且光机结构同轴,确保对角锥回光能量中心识别的准确性;(2)采用前方交会测量方法,对全站仪自动搜索照准识别角锥回光能量中心返回数据进行交会解算;(3)角锥回光能量中心空间坐标值与基准立方镜坐标系统一建立在空间前方交会测量坐标系中;(4)将角锥回光能量中心描述在光学基准坐标系下,实现被动式合作目标角锥回光能量中心与光学基准关系的导出;(5)采用多测回、精确照准的方法提高导出精度。本发明专利技术可精确测量角锥组件中各角锥之间的关系,并能精密导出各角锥回光能量中心坐标至基准立方镜坐标系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种涉及大尺寸空间及地面精密测量领域,特别是一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法
技术介绍
在载人三期交会对接任务中,近距离的交会对接采用了像机主动发光与被动式合作目标角锥组合件的方法,完成追踪器与目标器在对接过程中的位置和姿态测量,并进行精准交会对接,因此被动式合作目标角锥的回光能量中心空间位置关系的准确性是两飞行器位姿调整的关键技术。在现有方法中,主要通过三坐标机或万能工具显微镜把角锥前端面保护玻璃的几何中心导至基准立方镜坐标系,但无法完成角锥组合件回光能量中心坐标值的导出,而回光能量中心是交会对接敏感器的测量中心,因此三坐标机或万能工具显微镜的测量方法严重影响了交会对接主动式成像敏感器的测量精度;在现有技术中以人眼瞄准角锥前端面保护玻璃几何中心,在通过理论值平移至回光能量中心,导出精度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足,提供角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,采用了全站仪的谱段识别和工业测量中前方交会测量技术,用于交会对接被动式目标角锥组件内角锥回光能量中心的位姿精确测量,并能精确确认角锥组件中各角锥之间的关系与各角锥到基准立方镜坐标系的关系。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,角锥组合件导出坐标系统包括角锥组合件、基准立方镜、转台、角锥、第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3、第一全站仪T1、第二全站仪T2;回光能量中心坐标精密导出方法包括如下步骤:步骤(一)、在稳定的转台上固定安装角锥组合件;基准立方镜固定安装在角锥组合件侧面的几何中心位置;n个角锥均匀分布固定安装在角锥组合件n根伸出架上,n为正整数;并定义立方镜坐标系方向;步骤(二)、依据角锥组合件摆放位置架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2;步骤(三)、建立空间前方交会测量坐标系;步骤(四)、以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准,根据步骤(三)建立的空间前方交会测量坐标系,针对第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3构建角锥组合件立方镜坐标系;步骤(五)、根据步骤(三)的前方交会测量坐标系,加入第一全站仪T1和第二全站仪T2,全站仪通过对n个角锥的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量,得到n个角锥的回光能量中心的坐标值,并将n个角锥的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下;步骤(六)、将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下,在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,所述步骤(一)中,定义立方镜坐标系方向的方法为:以基准立方镜几何中心为坐标系原点,沿几何中心垂直基准立方镜方向为Z方向,竖直方向为Y方向,根据Y方向与Z方向,右手定则定义X方向。在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在于:所述步骤(二)中,第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2的架设方法为:沿基准立方镜立方镜坐标系Z方向,在距基准立方镜4~5m位置处架设第一经纬仪A1;使经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜;将第一经纬仪A1向右旋转90°后,调低第一经纬仪A1镜头照地,A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第一基准点;第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光,激光照地点为第一经纬仪A1的第一对中点;连接第一经纬仪A1的第一对中点和第一基准点,以第一对中点为零点,沿第一对中点和第一基准点连线方向测量一定距离,作为第一全站仪T1的对中点,即第一全站仪T1的架设位置;将第一经纬仪A1向左旋转90°后,调低第一经纬仪A1镜头照地,A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第二基准点;第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光,激光照地点为第一经纬仪A1的第二对中点;连接第一经纬仪A1的第二对中点和第二基准点,以第二对中点为零点,沿第二对中点和第二基准点连线方向测量一定距离,作为第二全站仪T2的对中点,即第二全站仪T2的架设位置。在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,沿第一对中点和第一基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m,作为第一全站仪T1的对中点;沿第二对中点和第二基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m,作为第二全站仪T2的对中点。在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,第一全站仪T1和第二全站仪T2距基准立方镜大于1.7m;第一全站仪T1和第二全站仪T2之间距离为1.7-2.2m;第一全站仪T1和角锥组合件的连线与第二全站仪T2和角锥组合件连线的夹角为22-30°。在上述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,所述步骤(三)中,建立空间前方交会测量坐标系方法为:以第一经纬仪A1为坐标系原点,A1经纬仪指向第二经纬仪A2为坐标系X方向;以第一经纬仪A1原点竖直方向为坐标系Z方向,根据X方向与Z方向,右手定则定义Y方向;完成前方交会测量坐标系相对方向定向;第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄,第一经纬仪A1自动读出相对于第二经纬仪A2的俯仰角和偏航角;同时第二经纬仪A2自动读出相对于第一经纬仪A1的俯仰角和偏航角;第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄多于4测回,求得不少于四次测量的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值HzA12、第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值VA12、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值VA21、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值HzA21;设定第一经纬仪A1和第二经纬仪A2之间的连线为前方交会测量坐标系基准线b,在第一经纬仪A1和第二经纬仪A2前方放置基准尺,基准尺轴向与基准线b平行;基准尺轴向距基准线b大于2m;基准尺上设置有第一参考点p1、第二参考点p2,第一参考点p1和第二参考点p2的间距为0.8m~2m;第一经纬仪A1测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值;第二经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值;第一经纬仪A1和第三经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2各不少于4次;分别测得第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值VA1P1、VA1P2,第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值HzA1P1、HzA1P2;第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值VA2P1、本文档来自技高网...
一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法

【技术保护点】
一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在于:角锥组合件导出坐标系统包括角锥组合件(1)、基准立方镜(2)、转台(3)、角锥(4)、第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第三经纬仪A3、第一全站仪T1、第二全站仪T2;回光能量中心坐标精密导出方法包括如下步骤:步骤(一)、在稳定的转台(3)上固定安装角锥组合件(1);基准立方镜(2)固定安装在角锥组合件(1)侧面的几何中心位置;n个角锥(4)均匀分布固定安装在角锥组合件(1)n根伸出架上,n为正整数;并定义立方镜坐标系方向;步骤(二)、依据角锥组合件(1)摆放位置架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2;步骤(三)、建立空间前方交会测量坐标系;步骤(四)、以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准,根据步骤(三)建立的空间前方交会测量坐标系,针对第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3构建角锥组合件立方镜坐标系;步骤(五)、根据步骤(三)的前方交会测量坐标系,加入第一全站仪T1和第二全站仪T2,全站仪通过对n个角锥(4)的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量,得到n个角锥(4)的回光能量中心的坐标值,并将n个角锥(4)的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐标系下;步骤(六)、将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐标系下,在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。...

【技术特征摘要】
1.一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在于:角锥组合件导出坐
标系统包括角锥组合件(1)、基准立方镜(2)、转台(3)、角锥(4)、第一经纬仪A1、第二经纬仪
A2、第三经纬仪A3、第一全站仪T1、第二全站仪T2;回光能量中心坐标精密导出方法包括如
下步骤:
步骤(一)、在稳定的转台(3)上固定安装角锥组合件(1);基准立方镜(2)固定安装在角
锥组合件(1)侧面的几何中心位置;n个角锥(4)均匀分布固定安装在角锥组合件(1)n根伸
出架上,n为正整数;并定义立方镜坐标系方向;
步骤(二)、依据角锥组合件(1)摆放位置架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站
仪T1和第二全站仪T2;
步骤(三)、建立空间前方交会测量坐标系;
步骤(四)、以步骤(一)中定义的立方镜坐标系方向为基准,根据步骤(三)建立的空间
前方交会测量坐标系,针对第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3构建角锥组合件
立方镜坐标系;
步骤(五)、根据步骤(三)的前方交会测量坐标系,加入第一全站仪T1和第二全站仪T2,
全站仪通过对n个角锥(4)的回光能量中心进行自动搜索照准和交会测量,得到n个角锥(4)
的回光能量中心的坐标值,并将n个角锥(4)的回光能量中心坐标值表示在前方交会测量坐
标系下;
步骤(六)、将步骤(五)中得到的角锥回光能量中心坐标转至步骤(一)定义的立方镜坐
标系下,在立方镜坐标系下导出角锥组合件回光能量中心坐标。
2.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在
于:所述步骤(一)中,定义立方镜坐标系方向的方法为:以基准立方镜(2)几何中心为坐标
系原点,沿几何中心垂直基准立方镜(2)方向为Z方向,竖直方向为Y方向,根据Y方向与Z方
向,右手定则定义X方向。
3.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在
于:所述步骤(二)中,第一经纬仪A1、第二经纬仪A2、第一全站仪T1和第二全站仪T2的架设
方法为:沿基准立方镜(2)立方镜坐标系Z方向,在距基准立方镜(2)4~5m位置处架设第一
经纬仪A1;使经纬仪A1沿Z方向对准基准立方镜(2);将第一经纬仪A1向右旋转90°后,调低
第一经纬仪A1镜头照地,A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第一基准点;第一经纬仪A1底
座中心向地面发射激光,激光照地点为第一经纬仪A1的第一对中点;连接第一经纬仪A1的
第一对中点和第一基准点,以第一对中点为零点,沿第一对中点和第一基准点连线方向测
量一定距离,作为第一全站仪T1的对中点,即第一全站仪T1的架设位置;将第一经纬仪A1向
左旋转90°后,调低第一经纬仪A1镜头照地,A1镜头的照地点为第一经纬仪A1的第二基准
点;第一经纬仪A1底座中心向地面发射激光,激光照地点为第一经纬仪A1的第二对中点;连
接第一经纬仪A1的第二对中点和第二基准点,以第二对中点为零点,沿第二对中点和第二
基准点连线方向测量一定距离,作为第二全站仪T2的对中点,即第二全站仪T2的架设位置。
4.根据权利要求3所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在
于:沿第一对中点和第一基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m,作为第一全站仪T1的对中
点;沿第二对中点和第二基准点连线方向测量距离为0.9-1.1m,作为第二全站仪T2的对中
点。
5.根据权利要求4所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在
于:第一全站仪T1和第二全站仪T2距基准立方镜(2)大于1.7m;第一全站仪T1和第二全站仪
T2之间距离为1.7-2.2m;第一全站仪T1和角锥组合件(1)的连线与第二全站仪T2和角锥组
合件(1)连线的夹角为22-30°。
6.根据权利要求1所述的一种角锥组合件回光能量中心坐标精密导出方法,其特征在
于:所述步骤(三)中,建立空间前方交会测量坐标系方法为:以第一经纬仪A1为坐标系原
点,A1经纬仪指向第二经纬仪A2为坐标系X方向;以第一经纬仪A1原点竖直方向为坐标系Z
方向,根据X方向与Z方向,右手定则定义Y方向;完成前方交会测量坐标系相对方向定向;
第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄,第一经纬仪A1自动读出相对于第二经纬
仪A2的俯仰角和偏航角;同时第二经纬仪A2自动读出相对于第一经纬仪A1的俯仰角和偏航
角;第一经纬仪A1与第二经纬仪A2进行对准互瞄多于4测回,求得不少于四次测量的第一经
纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值HzA12、第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯
仰角平均值VA12、第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值VA21、第二经纬仪A2相
对于第一经纬仪A1的偏航角平均值HzA21;
设定第一经纬仪A1和第二经纬仪A2之间的连线为前方交会测量坐标系基准线b,在第
一经纬仪A1和第二经纬仪A2前方放置基准尺,基准尺轴向与基准线b平行;基准尺轴向距基
准线b大于2m;基准尺上设置有第一参考点p1、第二参考点p2,第一参考点p1和第二参考点
p2的间距为0.8m~2m;第一经纬仪A1测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和
俯仰值;第二经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2的偏航值和俯仰值;第一
经纬仪A1和第三经纬仪A2测量基准尺第一参考点p1和第二参考点p2各不少于4次;分别测
得第一经纬仪A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值VA1P1、VA1P2,第一经纬仪
A1相对于第一参考点p1、第二参考点p2的偏航平均值HzA1P1、HzA1P2;第二经纬仪A2相对于第
一参考点p1、第二参考点p2的俯仰平均值VA2P1、VA2P2,第二经纬仪A2相对于第一参考点p1、第
二参考点p2的偏航平均值HzA2P1、HzA2P2;
任意假定一近似基准长度b0,计算第一参考点p1的近似坐标和第二参
考点p2的近似坐标 X 1 0 = sin ( Hz A 21 - Hz A 2 P 1 ) · cos ( Hz A 12 - Hz A 1 P 1 ) sin [ ( Hz A 12 - Hz A 1 P 1 ) + ( Hz A 21 - Hz A 2 P 1 ) ] · b 0 - - - ( 1 ) ]]> Y 1 0 = sin ( Hz A 21 - Hz A 2 P 1 ) · sin ( Hz A 12 - Hz A 1 P 1 ) sin [ ( Hz A 12 - Hz A 1 P 1 ) + ( Hz A 21 - Hz A 2 P 1 ) ] · b 0 - - - ( 2 ) ]]> Z 1 0 = s i n ( Hz A 12 - Hz A 1 p 1 ) · tgV A 2 P 1 s i n [ ( Hz A 12 - Hz A 1 p 1 ) + ( Hz A 21 - Hz A 2 p 1 ) ] · b 0 + h - - - ( 3 ) ]]> h = 1 2 ( cot V A 12 - cotV A 21 ) - - - ( 4 ) ]]>其中,
Y10、为第一参考点p1的坐标值;
HzA12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的偏航角平均值;
VA12为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第二经纬仪A2的俯仰角平均值;
VA21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的俯仰角平均值;
HzA21为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一经纬仪A1的偏航角平均值;
HzA1P1为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p1的偏航平均值;
HzA2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的偏航平均值;
VA2P1为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p1的俯仰平均值;
通过公式(1)-(4)可求出第一参考点p1的近似坐标 X 2 0 = s i n ( Hz A 21 - Hz A 2 P 2 ) · c o s ( Hz A 12 - Hz A 1 P 2 ) s i n [ ( Hz A 12 - Hz A 1 P 2 ) + ( Hz A 21 - Hz A 2 P 2 ) ] · b 0 - - - ( 5 ) ]]> Y 2 0 = s i n ( Hz A 21 - Hz A 2 P 2 ) · s i n ( Hz A 12 - Hz A 1 P 2 ) s i n [ ( Hz A 12 - Hz A 1 P 2 ) + ( Hz A 21 - Hz A 2 P 2 ) ] · b 0 - - - ( 6 ) ]]> Z 2 0 = s i n ( Hz A 12 - Hz A 1 p 2 ) · tgV A 2 P 2 s i n [ ( Hz A 12 - Hz A 1 P 2 ) + ( Hz A 21 - Hz A 2 P 2 ) ] · b 0 + h - - - ( 7 ) ]]> h = 1 2 ( cot V A 12 - cotV A 21 ) - - - ( 8 ) ]]>其中,
为第一参考点p2的坐标值;
HzA1P2为不少于四次测量求得的第一经纬仪A1相对于第一参考点p2的偏航平均值;
HzA2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A2相对于第一参考点p2的偏航平均值;
VA2P2为不少于四次测量求得的第二经纬仪A...

【专利技术属性】
技术研发人员:邹月张成龙张丽华王京海
申请(专利权)人:北京控制工程研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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