CN114646261B - 一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法和*** - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法和***，所述方法包括以下步骤：建立全局坐标系；在全局坐标系下，朝向被测镜面且沿其非法线矢量方向发射光源，形成入射光路，获取所述入射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N2；接收被测镜面反射出的光源，形成反射光路，获取反射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N3；计算入射光路与反射光路的矢量方向之和，得到被测镜面法线矢量方向N1。解决了被测镜面法线矢量方向遮挡导致无法实施测量的难题，拓宽了电子经纬仪的使用范围，减少了被测设备的安装布局限制，降低了被测设备在某些工况下的测量难度。

Description

一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法和***
技术领域
本公开涉及机械结构精度测量领域，具体涉及种基于斜向观测镜面法方向的测量方法和***。
背景技术
航天器总装过程中，需要测量关键设备上光学基准镜镜面法线在整星坐标系下的指向，以表征被测设备在整星坐标系下的姿态关系。目前，主要采用电子经纬仪联合建站的方式完成上述测量。
测量过程中，需将电子经纬仪准直放置在被测镜面法线上，且两者之间光路无障碍物遮挡。随着航天器结构日益复杂，常出现光路遮挡的情况，导致测量无法实施。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法和***。
第一方面，一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法，所述方法包括以下步骤：
建立全局坐标系；
在全局坐标系下，朝向被测镜面且沿其非法线矢量方向发射光源，形成入射光路，获取所述入射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N2；
接收被测镜面反射出的光源，形成反射光路，获取反射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N3；
计算入射光路与反射光路的矢量方向之和，得到被测镜面法线矢量方向N1。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述建立全局坐标系，包括：
预设原点；
以原点为中心，建立全局坐标系。
根据本申请实施例提供的技术方案，获取所述入射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，包括：
获取入射光路起点在自身坐标系下的水平角H2、俯仰角V2，记为(H2，V2)；
获取入射光路起点与原点的互瞄角(H21，V21)；
获取原点与入射光路起点的互瞄角(H12，V12)；
计算入射光在所述全局坐标系下的矢量方向
N2＝(cosV2cos(H12+H21-H2),cosV2sin(H12+H21-H2)，sinV2)。
根据本申请实施例提供的技术方案，获取反射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，包括：
获取反射光路终点在自身坐标系下的水平角H3、俯仰角V3，所述记为(H3，V3)；
获取反射光路终点与原点的互瞄角(H31，V31)；
获取原点与反射光路终点的互瞄角(H13，V13)；
计算反射光在所述全局坐标系下的矢量方向
N3＝(cosV3cos(H13+H31-H3),cosV3sin(H13+H31-H3),sinV3)。
根据本申请实施例提供的技术方案，根据以下公式，计算被测镜面法线矢量方向N1：
N1＝(N2+N3)/|(N2+N3)|。
第二方面，一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法的***，包括互相通讯连接的：
第一电子经纬仪，配置用于设置全局坐标系；
第二电子经纬仪，配置用于向被测镜面发射光源，形成入射光路；
第三电子经纬仪，配置用于接收被测镜面反射的光源，形成反射光路；
处理模块，配置用于基于获取第一电子经纬仪、第二电子经纬仪和第三电子经纬仪的姿态信息，计算被测镜面的法线矢量方向。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述处理模块包括：接收单元和计算单元；所述接收单元分别与第一电子经纬仪、第二电子经纬仪和第三电子经纬仪电连接，配置用于接收姿态信息；所述计算单元与接收单元相连接，配置用于计算被测镜面的法线矢量方向。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述姿态信息包括：
所述第二电子经纬仪在自身坐标系下的水平角H2、俯仰角V2；所述第二电子经纬仪与所述第一电子经纬仪的互瞄角；所述第一电子经纬仪与所述第二电子经纬仪的互瞄角；
所述第三电子经纬仪在自身坐标系下的水平角H3、俯仰角V3；所述第三电子经纬仪与所述第一电子经纬仪的互瞄角；所述第一电子经纬仪与所述第三电子经纬仪的互瞄角。
本发明的有益效果：本申请的技术方案具体公开一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法和***。本申请通过建立全局坐标系；在全局坐标系下向被测镜面发射光源，且光源的入射方向非所述被测镜面的法线矢量方向，获取入射光路在全局坐标系下的矢量方向；接收被测镜面反射出的光源，获取反射光路在全局坐标系下的矢量方向；最后通过计算入射光路与反射光路的矢量之和，获得被测镜面的法线矢量方向。
通过在被测镜面设置非法线光路，通过计算间接获取被测镜面的法线矢量方向。解决了被测镜面法线矢量方向遮挡导致无法实施测量的难题，拓宽了电子经纬仪的使用范围，减少了被测设备的安装布局限制，降低了被测设备在某些工况下的测量难度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请的一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法的一种实施例示意图；
图2是本申请的一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法***的一种实施例示意图；
1、被测镜面；2、第一电子经纬仪；3、第二电子经纬仪；4、第三电子经纬仪；5、接收单元；6、计算单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
请参考图1，一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法，所述方法包括以下步骤：
S.100建立全局坐标系；
具体地，架设第一电子经纬仪2，以所述第一电子经纬仪2为原点，将其精确调整水平后，以其旋转中心为中心，建立全局坐标系，作为全局基准。
S.200在全局坐标系下，朝向被测镜面1且沿其非法线矢量方向发射光源，形成入射光路，获取所述入射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N2；
具体地，在被测镜面1非法线矢量方向架设第二电子经纬仪3，第二电子经纬仪3瞄准被测镜面1。第二电子经纬仪3的状态为：精确调整水平，准直光源打开，第二电子经纬仪3物镜焦距调整至无穷远，所述第二电子经纬仪3与所述被测镜面1之间形成入射光路。
通过第一电子经纬仪2和第二电子经纬仪3，可测出第二电子经纬仪3在自身坐标系下的水平角H2、俯仰角V2，记为(H2，V2)；第二电子经纬仪3与第一电子经纬仪2的互瞄角(H21，V21)；第一电子经纬仪2与第二电子经纬仪3的互瞄角(H12，V12)；将以上数据带入公式
N2＝(cosV2cos(H12+H21-H2),cosV2sin(H12+H21-H2)，sinV2)，计算出由第二电子经纬仪3发出的入射光在所述全局坐标系下的矢量方向N2。
S.300接收被测镜面1反射出的光源，形成反射光路，获取反射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N3；
具体的，在第二电子经纬仪3投射出的平行光经被测镜面1反射后的光路上架设第三电子经纬仪4，精确调整第三电子经纬仪4的位置及朝向，使来自第二电子经纬仪3的平行光束经过第三电子经纬仪4的望远物镜并汇聚于其焦平面中心。第三电子经纬仪4的状态为：精确调整水平，准直光源关闭，第三电子经纬仪4物镜焦距调整至无穷远。
通过第一电子经纬仪2和第三电子经纬仪4，可测出第三电子经纬仪4在自身坐标系下的水平角H3、俯仰角V3，记为(H3，V3)；第三电子经纬仪4与第一电子经纬仪2的互瞄角(H31，V31)；第一电子经纬仪2与第三电子经纬仪4的互瞄角(H13，V13)；将以上数据带入公式
N3＝(cosV3cos(H13+H31-H3),cosV3sin(H13+H31-H3),sinV3)，计算出由第三电子经纬仪(4)发出的反射光在所述全局坐标系下的矢量方向N3。
S.400计算入射光路与反射光路的矢量方向之和，得到被测镜面1法线矢量方向N1。
具体地，计算被测镜面1在全局坐标下的方向矢量N1＝(N2+N3)/|(N2+N3)|。
实施例二
一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法的***，包括互相通讯连接的：第一电子经纬仪2，配置用于设置全局坐标系；第二电子经纬仪3，配置用于向被测镜面1发射光源，形成入射光路；第三电子经纬仪4，配置用于接收被测镜面1反射的光源，形成反射光路；处理模块，配置用于基于获取第一电子经纬仪2、第二电子经纬仪3和第三电子经纬仪4的姿态信息，计算被测镜面1的法线矢量方向。
具体地，所述处理模块包括：接收单元和计算单元；所述接收单元为多串口服务器，所述多串口服务器分别与第一电子经纬仪2、第二电子经纬仪3和第三电子经纬仪4电连接；所述计算单元与接收单元相连接，配置用于计算被测镜面1的法线矢量方向。
所述姿态信息包括：所述第二电子经纬仪3在自身坐标系下的水平角H2、俯仰角V2；所述第二电子经纬仪3与所述第一电子经纬仪2的互瞄角(H21，V21)；所述第一电子经纬仪2与所述第二电子经纬仪3的互瞄角(H12，V12)；所述第三电子经纬仪4在自身坐标系下的水平角H3、俯仰角V3；所述第三电子经纬仪4与所述第一电子经纬仪2的互瞄角(H31，V31)；所述第一电子经纬仪2与所述第三电子经纬仪4的互瞄角(H13，V13)。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (4)

1.一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
建立全局坐标系；
在全局坐标系下，朝向被测镜面(1)且沿其非法线矢量方向发射光源，形成入射光路，获取所述入射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N2；
接收被测镜面(1)反射出的光源，形成反射光路，获取反射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，记为N3；
计算入射光路与反射光路的矢量方向之和，得到被测镜面(1)法线矢量方向N1；
其中，所述建立全局坐标系，包括以下步骤：
预设原点；
以原点为中心，建立全局坐标系；
获取所述入射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，包括以下步骤：
获取入射光路起点在自身坐标系下的水平角H2、俯仰角V2，记为(H2，V2)；
获取入射光路起点与原点的互瞄角(H21，V21)；
获取原点与入射光路起点的互瞄角(H12，V12)；
计算入射光在所述全局坐标系下的矢量方向
N2＝(cosV2cos(H12+H21-H2),cosV2sin(H12+H21-H2),sinV2)。
2.根据权利要求1所述的一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法，其特征在于，获取反射光路在所述全局坐标系下的矢量方向，包括以下步骤：
获取反射光路终点在自身坐标系下的水平角H3、俯仰角V3，所述记为(H3，V3)；
获取反射光路终点与原点的互瞄角(H31，V31)；
获取原点与反射光路终点的互瞄角(H13，V13)；
计算反射光在所述全局坐标系下的矢量方向
N3＝(cosV3cos(H13+H31-H3),cosV3sin(H13+H31-H3),sinV3)。
3.根据权利要求2所述的一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法，其特征在于，根据以下公式，计算被测镜面(1)法线矢量方向N1：
N1＝(N2+N3)/|(N2+N3)|。
4.一种基于斜向观测镜面法方向的测量方法的***，其特征在于，包括互相通讯连接的：
第一电子经纬仪(2)，配置用于设置全局坐标系；
第二电子经纬仪(3)，配置用于向被测镜面(1)发射光源，形成入射光路；
第三电子经纬仪(4)，配置用于接收被测镜面(1)反射的光源，形成反射光路；
处理模块，配置用于基于获取第一电子经纬仪(2)、第二电子经纬仪(3)和第三电子经纬仪(4)的姿态信息，计算被测镜面(1)的法线矢量方向；
所述处理模块包括：接收单元(5)和计算单元(6)；所述接收单元(5)分别与第一电子经纬仪(2)、第二电子经纬仪(3)和第三电子经纬仪(4)电连接，配置用于接收姿态信息；所述计算单元(6)与接收单元(5)相连接，配置用于计算被测镜面(1)的法线矢量方向；
所述姿态信息包括：
所述第二电子经纬仪(3)在自身坐标系下的水平角H2、俯仰角V2；所述第二电子经纬仪(3)与所述第一电子经纬仪(2)的互瞄角(H21，V21)；所述第一电子经纬仪(2)与所述第二电子经纬仪(3)的互瞄角(H12，V12)；
所述第三电子经纬仪(4)在自身坐标系下的水平角H3、俯仰角V3；所述第三电子经纬仪(4)与所述第一电子经纬仪(2)的互瞄角(H31，V31)；所述第一电子经纬仪(2)与所述第三电子经纬仪(4)的互瞄角(H13，V13)。
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