一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法技术

本发明专利技术一种大规模R‑LATs测量测量场光信号可达性分析方法，针对在大规模旋转激光经纬仪布站组网工况中，针对不同的发射机布站方式，基于屏幕空间转换的方法，确定不同位置发射机光平面的可达范围、遮挡情况，便于传感器布置及布站优化。本发明专利技术通过屏幕空间转换的方法，将三维空间转换为二维屏幕空间，可以更为直观便捷的考察发射机激光平面在不同待测位置的可达性，空间中测量障碍的遮挡情况。从而保证传感器以及发射机布局的有效性，也可以根据此来调整布局及测量区域，使测量更为灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法
本专利技术属于大尺寸空间测量领域，涉及大规模旋转激光经纬仪测量网络(R-LATs)组网测量，具体为一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法。
技术介绍
旋转激光经纬仪网络(R-LATs)是大尺寸空间测量的一种重要方法，原理上通过合理的布站，可以实现任意尺寸的测量空间扩展，并且具备不限数量的并行测量能力。其测量精度能够保持在±0.2mm，目前广泛的应用于飞机制造、船舶制造、大型天线制造等航空航天与军事领域。定位系统由两台或两台以上台旋转激光自动经纬仪(R-LATs)、同步光装置、光电传感器、嵌入式信号处理器、路由器、上位机以及相应的处理软件组成。其测量示意图如图1所示。旋转激光自动经纬仪由交流伺服电机、驱动器、激光发射头及其无线供电装置组成，其中激光发射头上安装两个呈一定角度的线激光器，激光波长为850nm。光同步控制器用于控制同步光发射装置发出带有编码信息的同步光信号。嵌入式信号处理器用于对光电传感器接收到的信号进行识别、处理以及打上标签通过无线路由发送至工控机进行计算。系统正常工作时，R-LAT上的激光发射头由交流伺服电机带动以恒定的角速度进行旋转，各个R-LAT以不同的恒定角速度进行旋转，从而使得发射头上发出的两个激光平面在空间内进行360°扫描。光电传感器将接受到的激光平面信号和同步光信号经放大处理转化为脉冲信号。嵌入式信号处理器对接收到的激光平面信号进行实时的分析和处理，同时根据接收到的同步光信号进行解码将各自的时钟统一的校正到光同步控制器的时钟上，最后将处理好的数据经无线路由发送至工控机，在工控机上利用处理软件实时计算光电传感器的位置坐标。为满足大空间范围的测量，R-LATs系统中的激光旋转经纬仪数量会非常的多，远超过一般单元组成的4～8台，甚至可能达到上百台，传感器网络中节点的数量也将大幅增加。每个传感器节点接受各台旋转激光经纬仪发出的三个脉冲信号并进行识别，从而保证R-LATs测量场中光电传感器坐标的计算。然而，当存在大量旋转激光经纬仪时，面对更为复杂的测量环境，传感器的布局就需要更为合理的规划，考察不同位置对发射机的可见性，分析测量场中光信号的可达性。现有技术中，围绕此系统的各项技术也不够成熟，其可达性通过目测试错，准确度和可靠性较差，无法满足R-LATs测量场的测量需求。
技术实现思路
针对在大规模旋转激光经纬仪布站组网工况中，针对不同的发射机布站方式，本专利技术一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，设计合理，简便灵活，能够确定不同位置发射机光平面的可达范围和遮挡情况，便于传感器布置及布站优化。一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，包括如下步骤：步骤1，按照实际测量场中发射机布站方式以及待测物体的外形及空间尺寸，建立测量场模型；步骤2，将测量场中物体划分为被测物、测量障碍、观测空间和测头；步骤3，建立测量场模型的世界坐标系，对被测物分别建立局部视图坐标系，局部视图坐标系的z轴方向为被测点到观测空间内目标测头的方向向量，确定测量障碍在局部视图坐标系中的位置坐标；步骤4，将被测物的世界坐标系转换其局部视图坐标系中；以目标测头为原点，以该局部视图坐标系的XY方向为坐标轴，建立屏幕空间坐标系，使用屏幕空间转换的方法将该局部视图坐标系下的测量障碍、目标测头和视觉空间均转换到二维屏幕空间；步骤5，在二维屏幕空间的平面内，若目标测头的投影点在测量障碍投影的多边形内，则被测物对应发射机的光信号无法达到目标测头，对目标测点不可见；否则能够达到目标测头，对目标测点可见；步骤6，重复上述步骤3-5，对每个被测物和所有目标测点逐一进行可达性分析判断。优选的，步骤2中，发射机作为被测物，障碍物作为测量障碍，观测位置作为测头，一个观测空间内至少布置有一个测头。进一步，步骤2中，所述的观测空间呈球体，球心为目标测头。优选的，步骤4中，通过如下公式将被测物的世界坐标转换到其局部视图坐标系中；PMTn＝RMTn·TMTn·Pwn式中：其中，被测物1在世界坐标系WS和被测物n局部视图坐标系LVSn中，坐标分分别为Pwn和PMTn，被测物n局部视图坐标系原点为OMTn，其各方向下标意为各向坐标；为被测物n局部视图坐标系原点OMTn的X轴方向单位向量的x坐标分量；为被测物n局部视图坐标系原点OMTn的X轴方向单位向量的y坐标分量；为被测物n局部视图坐标系原点OMTn的X轴方向单位向量的z坐标分量。进一步，由如下公式得到被测物n局部视图坐标系原点OMTn到世界坐标系原点OOS的向量，从而得到被测物的世界坐标系转换到其局部视图坐标系的转换关系；式中：XMTn为被测物n局部视图坐标系原点OMTnX轴分量坐标；YMTn为被测物n局部视图坐标系原点OMTnY轴分量坐标；ZMTn为被测物n局部视图坐标系原点OMTnZ轴分量坐标；XOs为被测物n世界坐标系原点OOSX轴分量坐标；YOS为被测物n世界坐标系原点OOSY轴分量坐标；ZOS为被测物n世界坐标系原点OOSZ轴分量坐标；向量i为世界坐标系x轴方向单位向量；向量j为世界坐标系y轴方向单位向量；向量k为世界坐标系z轴方向单位向量；Z轴确定后，为确定X，Y轴方向，设Y轴与世界坐标系的YwZw平面平行，则式中：优选的，步骤4中，通过如下转换关系可将三维空间中每个被测点建立的局部视图坐标系转换为屏幕空间坐标系；转换矩阵为Tpers＝Tpers2Tpers1bTpers1a缩放矩阵a为缩放矩阵b为投影矩阵为其中：在局部视图坐标系中，d为被测物到近景平面的距离；f为被测物到远景平面的距离；xmin为近景平面的x坐标的最小值；xmax为近景平面的x坐标的最大值；ymin为近景平面的y坐标的最小值；ymax为近景平面的y坐标的最大值。与现有技术对比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，通过建立的测量场模型，将被测物在测量场的世界坐标系转换到局部视图坐标中，再通过屏幕空间转换的方法，将包含被测物和对应障碍物的三维空间转换为二维屏幕空间，可以更为直观便捷的考察发射机激光平面在不同待测位置的可达性，空间中测量障碍的遮挡情况。从而保证传感器以及发射机布局的有效性，也可以根据此来调整布局及测量区域，使测量更为灵活。解决了传统试错式的人工布站问题，为发射机布站及传感器布局提供了理论依据，提高了布站准确性、快速性和测量效率。附图说明图1为R-LATs测量系统工作示意图。图2a为本专利技术可达性问题的简化模型示意图。图2b为本专利技术可达性问题的视觉空间示意图。图3a为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，按照实际测量场中发射机布站方式以及待测物体的外形及空间尺寸，建立测量场模型；/n步骤2，将测量场中物体划分为被测物、测量障碍、观测空间和测头；/n步骤3，建立测量场模型的世界坐标系，对被测物分别建立局部视图坐标系，局部视图坐标系的z轴方向为被测点到观测空间内目标测头的方向向量，确定测量障碍在局部视图坐标系中的位置坐标；/n步骤4，将被测物的世界坐标系转换其局部视图坐标系中；以目标测头为原点，以该局部视图坐标系的XY方向为坐标轴，建立屏幕空间坐标系，使用屏幕空间转换的方法将该局部视图坐标系下的测量障碍、目标测头和视觉空间均转换到二维屏幕空间；/n步骤5，在二维屏幕空间的平面内，若目标测头的投影点在测量障碍投影的多边形内，则被测物对应发射机的光信号无法达到目标测头，对目标测点不可见；否则能够达到目标测头，对目标测点可见；/n步骤6，重复上述步骤3-5，对每个被测物和所有目标测点逐一进行可达性分析判断。/n

【技术特征摘要】
1.一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，按照实际测量场中发射机布站方式以及待测物体的外形及空间尺寸，建立测量场模型；
步骤2，将测量场中物体划分为被测物、测量障碍、观测空间和测头；
步骤3，建立测量场模型的世界坐标系，对被测物分别建立局部视图坐标系，局部视图坐标系的z轴方向为被测点到观测空间内目标测头的方向向量，确定测量障碍在局部视图坐标系中的位置坐标；
步骤4，将被测物的世界坐标系转换其局部视图坐标系中；以目标测头为原点，以该局部视图坐标系的XY方向为坐标轴，建立屏幕空间坐标系，使用屏幕空间转换的方法将该局部视图坐标系下的测量障碍、目标测头和视觉空间均转换到二维屏幕空间；
步骤5，在二维屏幕空间的平面内，若目标测头的投影点在测量障碍投影的多边形内，则被测物对应发射机的光信号无法达到目标测头，对目标测点不可见；否则能够达到目标测头，对目标测点可见；
步骤6，重复上述步骤3-5，对每个被测物和所有目标测点逐一进行可达性分析判断。


2.根据权利要求1所述的一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，其特征在于，步骤2中，发射机作为被测物，障碍物作为测量障碍，观测位置作为测头，一个观测空间内至少布置有一个测头。


3.根据权利要求2所述的一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，其特征在于，步骤2中，所述的观测空间呈球体，球心为目标测头。


4.根据权利要求1所述的一种大规模R-LATs测量场光信号可达性分析方法，其特征在于，步骤4中，通过如下公式将被测物的世界坐标转换到其局部视图坐标系中；
PMTn＝RMTn·TMTn·Pwn
式中：
旋转矩阵
平移矩阵
其中，被测物1在世界坐标系WS和被测物n局部视图坐标系LVSn中，坐标分分别为Pwn和PMTn，被测物n局部视图坐标系原点为OMTn，其各方向下标意为各向坐标；为被测物n局部视图坐标系原点OMT...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，何睿华，付刚，南凯刚，刘志刚，李亚军，岳义，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61