CN105526907B - 大尺寸空间的空间角度的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大尺寸空间的空间角度的测量装置及测量方法，包括测量控制装置和设置在待测轴上的平面镜适配器；测量控制装置包括：靶标收发器，与控制器的输入端相连；光轴调向器，与控制器相连，能够调整测量控制装置的光轴方向；姿态传感器，与控制器相连，可测量测量控制装置在测量参考坐标系中的姿态角；控制器，其输入端分别与靶标收发器的输出端、姿态传感器的输出端和光轴调向器的输出端相连，其输出端与光轴调向器的输入端相连。本发明可以有效地解决大尺寸空间角测量中测量基准的传递问题，降低了测量装置对测量环境的要求，并且同时兼顾了测量范围大、测量效率高和便携性等方面的性能。

Description

大尺寸空间的空间角度的测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种空间角度的测量装置及测量方法，尤其是涉及一种大尺寸空间的空间角度的测量装置及测量方法。

背景技术

在工业、国防等领域中，往往需要在大尺寸空间条件下对两异面轴线夹角进行现场测量，例如在大型工件装配过程中或者大间距多轴线一致性的校准过程中都需要在现场进行空间角度的测量。在这些现场的角度测量中，被测对象之间的距离可达几米甚至上百米，测量的公共基准由于被测对象相距较远难以被建立，且由于被测对象的体积和重量都比较大导致其在测量过程中不方便被移动，增大了空间角的测量难度。

目前，大尺寸空间内的空间角测量通常是基于空间特征点坐标测量，即通过测量被测轴线上若干特征点的坐标来求解其空间夹角，其测量方法包括坐标测量机法、多经纬仪法、激光跟踪仪法、室内定位法和视觉测量法等。其中，坐标测量机法的测量效率较高，通用性强，但是其测量系统价格昂贵，且只能在室内测量，且不便于携带；经纬仪和激光跟踪仪的测量范围大、精度高，但是其测量结果易受外界环境影响；室内定位法的精度较高，但是测量成本较昂贵；视觉测量法的测量精度较高、测量范围广，但是其成本较高。综合以上测量方法，它们很难同时满足测量范围大、测量精度高、便携性好以及成本低的要求，只能根据实际测量需求选择合适的测量方法。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种大尺寸空间的空间角度的测量装置，以解决现有的角度测量装置不能同时满足测量范围大、测量精度高、便携性好以及成本低的要求。

本发明的目的之二就是提供一种大尺寸空间的空间角度的测量方法，以解决现有的角度测量方法不能同时满足测量范围大、测量精度高、便携性好以及成本低的要求。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种大尺寸空间的空间角度的测量装置，包括测量控制装置和设置在待测轴上的平面镜适配器；

所述测量控制装置包括：

靶标收发器，与控制器的输入端相连，可通过观察其向待测轴投射已准直的十字分划图像后接收到的从待测轴反射回的十字分划图像与所述测量控制装置的成像面几何中心重合与否来验证待测轴的轴线与所述测量控制装置光轴平行与否；

光轴调向器，与控制器相连，能够调整所述测量控制装置的光轴方向；

姿态传感器，与控制器相连，可测量所述测量控制装置在测量参考坐标系中的姿态角；以及

控制器，其输入端分别与所述靶标收发器的输出端、所述姿态传感器的输出端和所述光轴调向器的输出端相连，其输出端与所述光轴调向器的输入端相连，根据所述靶标收发器所接收的图像生成控制指令驱动光轴调向器，同时可根据所述姿态传感器与所述光轴调向器传输的测量数据计算待测轴的轴线在测量参考坐标系中的空间向量坐标。

所述控制器包括：

视频处理模块，与所述靶标收发器相连，用于处理所述靶标收发器接收的图像；

控制量计算模块，连接在所述视频处理模块与所述光轴调向器之间，用于将所述视频处理模块所传递的数据生成控制指令以驱动所述光轴调向器；以及

向量坐标计算模块，连接在所述姿态传感器与所述光轴调向器之间，用于处理所述姿态传感器与所述光轴调向器中编码器的测量数据以计算待测轴的空间向量坐标。

所述平面镜适配器包括：

平面反射镜；以及

安装座，用于连接所述平面反射镜和待测轴；

所述安装座的与所述待测轴的连接面与所述平面反射镜的镜面平行。

本发明包括测量控制装置和设置在待测轴上的平面镜适配器，将平面镜适配器安装在待测轴的端面上，在测量空间角度前通过测量控制装置与平面适配镜共同作用保证了测量控制装置的光轴与待测轴的轴线处于平行状态，提高了测量的精度，减小了测量误差。测量控制装置包括靶标收发器、光轴调向器、姿态传感器和控制器，在测量前，控制器可对靶标收发器所接收的图像进行处理，并根据其对图像的处理数据生成控制指令驱动光轴调向器以将测量控制装置的光轴与待测轴的轴线调整为平行状态。在进行空间角的测量时，控制器能够快速处理姿态传感器与光轴调向器中编码器的测量数据，并根据姿态传感器与光轴调向器所传递测量数据计算待测轴的轴线在测量参考坐标系的空间向量坐标。

本发明的空间角测量装置具有体积小、质量轻、易于携带的优势，该测量装置中在平面镜适配器、光轴调向器和控制器的共同配合下保证了测量精度，减小了测量误差，极大地方便了测量人员在外场测量中使用。由于其同时兼顾了测量范围大、测量效率高和便携性等方面的性能，并且成本较低，适合在外场测量中推广使用。

本发明的目的之二是这样实现的：

一种大尺寸空间的空间角度的测量方法，包括以下步骤：

a、建立测量参考坐标系：

b、校准测量控制装置：

在参考轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至参考轴的安装有平面适配镜端的前方，调整测量控制装置中的光轴指向，使测量控制装置的光轴与参考轴平行，然后校准测量装置的测量输出，使测量控制装置输出的参考轴的单位向量测量值为

c、测量被测轴的向量坐标：

在被测轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至被测轴的安装有平面适配镜端的前方，调整测量控制装置的光轴指向，使测量控制装置的光轴与被测轴平行；然后测量测量控制装置的光轴相对测量控制装置固定基准面的偏转角和测量控制装置相对测量参考坐标系的姿态角，控制器根据测量结果和坐标系旋转变换理论计算出各被测轴单位向量在测量参考坐标系中的坐标

d、计算空间角：

测量控制装置中的控制器根据向量空间角计算公式，利用测量控制装置测得的参考轴在测量参考坐标系中的单位向量和被测轴在测量参考坐标系中的单位向量即可求解出参考轴与被测轴的空间夹角θ，向量空间角计算公式为：

被测轴在测量参考坐标系中单位向量坐标的求解步骤如下：

第一步，将测量控制装置的光轴与参考轴调整为平行状态，此时被测轴在测量参考坐标系中单位向量的坐标等于测量控制装置的光轴在测量参考坐标系中单位向量的坐标；

第二步，建立测量控制装置的光轴坐标系和测量控制装置坐标系两个过渡坐标系：光轴坐标系8是指测量控制装置光轴的坐标系，记为x_oy_oz₀，x_o轴方向与光束出射方向一致，y_o轴指向光轴右侧，z₀轴朝下，x_o轴指向、y_o轴指向和z₀轴指向满足右手定则；

测量控制装置坐标系记为x_my_mz_m，x_m轴沿测量控制装置纵轴指向前方，y_m轴指向测量控制装置右侧，z_m轴指向测量控制装置的底部，x_m轴指向、y_m轴指向和z_m轴指向满足右手定则；

第三步，求解从测量控制装置的光轴坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵：在测量控制装置使用前，测量控制装置的光轴坐标系的初始方向与测量控制装置坐标系的初始方向重合；当测量控制装置内的光轴调向器发生偏转时，通过光轴调向器内的编码器可以得到光轴的方位角和俯仰角，此时可求出测量控制装置坐标系到测量控制装置的光轴坐标系的旋转变换矩阵，其公式为：

式(1)中：表示从测量控制装置坐标系到测量控制装置的光轴坐标系的旋转变换矩阵，λ_a表示测量控制装置光轴的方位角，λ_p表示测量控制装置光轴的俯仰角；

因为坐标旋转变换矩阵为正交矩阵，其逆矩阵等于转置矩阵，所以从测量控制装置的光轴坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵为：

式(2)中：表示从测量控制装置的光轴坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵；

第四步，求解从测量控制装置坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵：当测量控制装置在测量参考坐标系中发生角运动时，通过姿态传感器可以测得测量控制装置的姿态角，此时可以求出测量参考坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵，其公式为：

式(3)中：表示从测量参考坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵，ψ_m表示测量控制装置的偏航角，θ_m表示测量控制装置的俯仰角，φ_m表示测量控制装置的滚动角；

因为坐标旋转变换矩阵为正交矩阵，其逆矩阵等于转置矩阵，所以由式(3)可得，从测量控制装置坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵为：

式(4)中：表示从测量控制装置坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵；

第五步，根据第三步和第四步求解被测轴在测量参考坐标系中的单位向量：

根据式(1)和式(3)可以得到测量控制装置的光轴坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵为：

由于被测轴在测量控制装置的光轴坐标系中8的单位向量为那么被测轴在测量参考坐标系10中的单位向量为：

式(6)中：表示从测量控制装置的光轴坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵。

在校准测量控制装置时，将测量控制装置的光轴与参考轴调整为平行状态的过程为：测量控制装置通过控制光轴调向器的偏转使测量控制装置的光轴螺旋运动直到接收到从参考轴端面的平面镜适配器的平面反射镜反射回来的光束，测量控制装置中的靶标收发器的CCD成像器件能够识别出反射回的十字分划图像，通过控制器对光轴调向器进行微调以缩小靶标收发器的CCD成像器件接收到的反射回的十字分划图像与CCD成像器件的像素偏差，使得十字分划图像的中心与CCD成像器件中心重合，此时测量控制装置1的光轴与参考轴平行。

本发明以惯性坐标系为测量参考坐标系，将各待测轴的轴线依次通过从测量控制装置的光轴坐标系与测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵、从测量控制装置坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵转换为测量参考坐标系中的若干空间向量，根据测量控制装置测量的各被测轴线在测量参考坐标系中的空间向量坐标计算其空间夹角。

本发明的大尺寸空间角的测量方法以惯性坐标系为测量基准，可以有效地解决大尺寸空间角测量中测量基准的传递问题，降低了测量装置对测量环境的要求，即无需满足通视条件，扩大了测量范围。此外，该方法采用了移动测量的方式，通过测量控制装置对待测轴进行自动瞄准，完全避免了测量设备架设和标定等繁琐的工作程序，方便了测量人员的操作，极大地提高了测量效率。

附图说明

图1是本发明的大尺寸空间角测量方法的测量示意图。

图2是本发明中测量装置的结构示意图。

图3是本发明中待测轴单位向量坐标解算示意图。

图中：1、测量控制装置；2、平面镜适配器；2-1、平面反射镜；2-2、安装座；3-1、被测轴；3-2、参考轴；4、靶标收发器；5、光轴调向器；6、姿态传感器，7、控制器，7-1、视频处理模块；7-2、控制量计算模块；7-3、向量坐标计算模块；8、测量参考坐标系；9、光轴坐标系；10、测量控制装置坐标系。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明中的大尺寸空间的空间角度的测量装置包括测量控制装置1和设置在待测轴上的平面镜适配器2。待测轴包括被测轴3-1和作为参考坐标系基准的参考轴3-2。测量控制装置1包括设置在其内部的靶标收发器4、光轴调向器5、姿态传感器6和控制器7。靶标收发器4设置在测量控制装置1的内部，包括可见光源、十字分划靶板、准直系统和CCD成像器件，可见光源发出可见光经过十字分划靶板形成十字分划图像，然后经过准直系统准直为平行光。光轴调向器5有两种结构形式：结构一是光轴调向器5安装在靶标收发器4的光路中，包括两平面镜、伺服电机及编码器，两平面镜的偏转轴相互正交安装，通过伺服电机驱动两平面镜偏转，通过控制两平面镜的偏转来实现测量装置的光轴方向调整；结构二为用于支撑靶标收发器4的两轴稳定平台，两轴稳定平台包括用于调整光轴的水平方向和竖直方向运动的两轴运动框架、伺服电机和编码器，通过伺服电机驱动两轴稳定平台偏转，通过控制两轴稳定平台的偏转来实现测量装置的光轴方向调整。测量控制装置1的光轴偏转的角度可通过编码器测得。姿态传感器6包括三个敏感轴正交设置的陀螺仪和附属电路。平面镜适配器2包括平面反射镜2-1和用于连接平面反射镜2-1和待测轴的安装座2-2，且安装座2-2的与待测轴的连接面与平面反射镜2-1的镜面平行。平面反射镜2-1用于反射靶标收发器4投射出的准直的十字分划图像，安装座2-2用于将平面反射镜2-1与待测轴连接并同时保证平面反射镜2-1的光轴与待测轴的轴线平行。

靶标收发器4与控制器7的输入端相连，可通过观察其向待测轴投射已准直的十字分划图像后接收到的从待测轴反射回的十字分划图像与测量控制装置1的成像面几何中心重合与否来验证待测轴的轴线与测量控制装置1光轴平行与否。光轴调向器5与控制器7相连，能够调整测量控制装置1的光轴方向。姿态传感器6与控制器7相连，可测量测量控制装置1在测量参考坐标系中的姿态角。控制器7包括视频处理模块7-1、控制量计算模块7-2和向量坐标计算模块7-3。视频处理模块7-1与靶标收发器4相连，用于处理靶标收发器4接收的图像。控制量计算模块7-2连接在视频处理模块7-1与光轴调向器4之间，用于将视频处理模块7-1所传递的数据生成控制指令以驱动光轴调向器5。向量坐标计算模块7-3连接在姿态传感器6与光轴调向器5之间，用于处理姿态传感器6与光轴调向器5中编码器的测量数据以计算待测轴的空间向量坐标。控制器7的输入端分别与靶标收发器4的输出端、姿态传感器6的输出端和光轴调向器5的输出端相连，其输出端与光轴调向器5的输入端相连，根据靶标收发器4所接收的图像生成控制指令驱动光轴调向器5，同时可根据姿态传感器6与光轴调向器5传输的测量数据计算待测轴的轴线在测量参考坐标系中的空间向量坐标。

如图1、图2和图3所示，一种大尺寸空间的空间角度的测量方法，包括以下步骤：

a、建立测量参考坐标系8：

b、校准测量控制装置：

在参考轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至参考轴的安装有平面适配镜端的前方，调整测量控制装置中的光轴指向，使测量控制装置的光轴与参考轴平行，然后校准测量装置的测量输出，使测量控制装置输出的参考轴的单位向量测量值为

在校准测量控制装置1时，将测量控制装置1的光轴与参考轴调整为平行状态的过程为：测量控制装置1通过控制光轴调向器5的偏转使测量控制装置1的光轴螺旋运动直到接收到从参考轴端面的平面镜适配器2的平面反射镜2-1反射回来的光束，测量控制装置1中的靶标收发器4的CCD成像器件能够识别出反射回的十字分划图像，通过控制器7对光轴调向器5进行微调以缩小靶标收发器4的CCD成像器件接收到的反射回的十字分划图像与CCD成像器件的像素偏差，使得十字分划图像的中心与CCD成像器件中心重合，此时测量控制装置的光轴与参考轴平行。

c、测量被测轴的向量坐标：

在被测轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至被测轴的安装有平面适配镜端的前方，调整测量控制装置的光轴指向，使测量控制装置的光轴与被测轴平行；然后测量测量控制装置的光轴相对测量控制装置固定基准面的偏转角和测量控制装置相对测量参考坐标系8的姿态角，控制器根据测量结果和坐标系旋转变换理论计算出各被测轴单位向量在测量参考坐标系8中的坐标

d、计算空间角：

测量控制装置中的控制器根据向量空间角计算公式，利用测量控制装置测得的参考轴在测量参考坐标系8中的单位向量和被测轴在测量参考坐标系8中的单位向量即可求解出参考轴与被测轴的空间夹角θ，向量空间角计算公式为：

如图3所示，被测轴在测量参考坐标系8中单位向量坐标的求解步骤如下：

第一步，将测量控制装置的光轴与参考轴调整为平行状态，此时被测轴在测量参考坐标系8中单位向量的坐标等于测量控制装置的光轴在测量参考坐标系8中单位向量的坐标。

第二步，建立测量控制装置的光轴坐标系9和测量控制装置坐标系10两个过渡坐标系：光轴坐标系8是指测量控制装置光轴的坐标系，记为x_oy_oz₀，x_o轴方向与光束出射方向一致，y_o轴指向光轴右侧，z₀轴朝下，x_o轴指向、y_o轴指向和z₀轴指向满足右手定则；

测量控制装置坐标系10记为x_my_mz_m，x_m轴沿测量控制装置纵轴指向前方，y_m轴指向测量控制装置右侧，z_m轴指向测量控制装置的底部，x_m轴指向、y_m轴指向和z_m轴指向满足右手定则。

第三步，求解从测量控制装置的光轴坐标系9到测量控制装置坐标系10的旋转变换矩阵：在测量控制装置使用前，测量控制装置的光轴坐标系9的初始方向与测量控制装置坐标系10的初始方向重合；当测量控制装置内的光轴调向器发生偏转时，通过光轴调向器内的编码器可以得到光轴的方位角和俯仰角，此时可求出测量控制装置坐标系10到测量控制装置的光轴坐标系9的旋转变换矩阵，其公式为：

式(1)中：表示从测量控制装置坐标系10到测量控制装置的光轴坐标系9的旋转变换矩阵，λ_a表示测量控制装置光轴的方位角，λ_p表示测量控制装置光轴的俯仰角。

因为坐标旋转变换矩阵为正交矩阵，其逆矩阵等于转置矩阵，所以从测量控制装置的光轴坐标系9到测量控制装置坐标系10的旋转变换矩阵为：

式(2)中：表示从测量控制装置的光轴坐标系9到测量控制装置坐标系10的旋转变换矩阵。

第四步，求解从测量控制装置坐标系10到测量参考坐标系8的旋转变换矩阵：当测量控制装置在测量参考坐标系8中发生角运动时，通过姿态传感器可以测得测量控制装置的姿态角，此时可以求出测量参考坐标系8到测量控制装置坐标系10的旋转变换矩阵，其公式为：

式(3)中：表示从测量参考坐标系8到测量控制装置坐标系10的旋转变换矩阵，ψ_m表示测量控制装置的偏航角，θ_m表示测量控制装置的俯仰角，φ_m表示测量控制装置的滚动角。

因为坐标旋转变换矩阵为正交矩阵，其逆矩阵等于转置矩阵，所以由式(3)可得，从测量控制装置坐标系10到测量参考坐标系8的旋转变换矩阵为：

式(4)中：表示从测量控制装置坐标系10到测量参考坐标系8的旋转变换矩阵。

第五步，根据第三步和第四步求解被测轴在测量参考坐标系8中的单位向量：

根据式(1)和式(3)可以得到测量控制装置的光轴坐标系9到测量参考坐标系8的旋转变换矩阵为：

由于被测轴在测量控制装置的光轴坐标系9中8的单位向量为那么被测轴在测量参考坐标系8中的单位向量为：

式(6)中：表示从测量控制装置的光轴坐标系9到测量参考坐标系8的旋转变换矩阵。

Claims (3)

1.一种大尺寸空间的空间角度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、建立测量参考坐标系：

对于两个或者多个待测轴，任意选择其中一个待测轴作为参考轴，其余待测轴作为被测轴，以参考轴的指向为基准建立惯性坐标系并作为整个测量的参考坐标系，测量参考坐标系的x轴指向、y轴指向和z轴指向满足右手定则，得到参考轴单位向量在测量参考坐标系中的坐标为：

b、校准测量控制装置：

测量装置包括测量控制装置和设置在待测轴上的平面镜适配器；

所述测量控制装置包括：

靶标收发器，与控制器的输入端相连，可通过观察其向待测轴投射已准直的十字分划图像后接收到的从待测轴反射回的十字分划图像与所述测量控制装置的成像面几何中心重合与否来验证待测轴的轴线与所述测量控制装置光轴平行与否；

光轴调向器，与控制器相连，能够调整所述测量控制装置的光轴方向；

姿态传感器，与控制器相连，可测量所述测量控制装置在测量参考坐标系中的姿态角；以及

控制器，其输入端分别与所述靶标收发器的输出端、所述姿态传感器的输出端和所述光轴调向器的输出端相连，其输出端与所述光轴调向器的输入端相连，根据所述靶标收发器所接收的图像生成控制指令驱动光轴调向器，同时可根据所述姿态传感器与所述光轴调向器传输的测量数据计算待测轴的轴线在测量参考坐标系中的空间向量坐标；

在参考轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至参考轴的安装有平面适配镜端的前方，调整测量控制装置中的光轴指向，使测量控制装置的光轴与参考轴平行，然后校准测量装置的测量输出，使测量控制装置输出的参考轴的单位向量测量值为

c、测量被测轴的向量坐标：

在被测轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至被测轴的安装有平面镜适配器端的前方，调整测量控制装置的光轴指向，使测量控制装置的光轴与被测轴平行；然后测量测量控制装置的光轴相对测量控制装置固定基准面的偏转角和测量控制装置相对测量参考坐标系的姿态角，控制器根据测量结果和坐标系旋转变换理论计算出各被测轴单位向量在测量参考坐标系中的坐标

d、计算空间角：

测量控制装置中的控制器根据向量空间角计算公式，利用测量控制装置测得的参考轴在测量参考坐标系中的单位向量和被测轴在测量参考坐标系中的单位向量即可求解出参考轴与被测轴的空间夹角θ，向量空间角计算公式为：

2.根据权利要求1所述的大尺寸空间的空间角度的测量方法，其特征在于，被测轴在测量参考坐标系中单位向量坐标的求解步骤如下：

第一步，将测量控制装置的光轴与参考轴调整为平行状态，此时被测轴在测量参考坐标系中单位向量的坐标等于测量控制装置的光轴在测量参考坐标系中单位向量的坐标；

第二步，建立测量控制装置的光轴坐标系和测量控制装置坐标系两个过渡坐标系：光轴坐标系8是指测量控制装置光轴的坐标系，记为x_oy_oz₀，x_o轴方向与光束出射方向一致，y_o轴指向光轴右侧，z₀轴朝下，x_o轴指向、y_o轴指向和z₀轴指向满足右手定则；

测量控制装置坐标系记为x_my_mz_m，x_m轴沿测量控制装置纵轴指向前方，y_m轴指向测量控制装置右侧，z_m轴指向测量控制装置的底部，x_m轴指向、y_m轴指向和z_m轴指向满足右手定则；

第三步，求解从测量控制装置的光轴坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵：在测量控制装置使用前，测量控制装置的光轴坐标系的初始方向与测量控制装置坐标系的初始方向重合；当测量控制装置内的光轴调向器发生偏转时，通过光轴调向器内的编码器可以得到光轴的方位角和俯仰角，此时可求出测量控制装置坐标系到测量控制装置的光轴坐标系的旋转变换矩阵，其公式为：

式(1)中：表示从测量控制装置坐标系到测量控制装置的光轴坐标系的旋转变换矩阵，λ_a表示测量控制装置光轴的方位角，λ_p表示测量控制装置光轴的俯仰角；

因为坐标旋转变换矩阵为正交矩阵，其逆矩阵等于转置矩阵，所以从测量控制装置的光轴坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵为：

式(2)中：表示从测量控制装置的光轴坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵；

第四步，求解从测量控制装置坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵：当测量控制装置在测量参考坐标系中发生角运动时，通过姿态传感器可以测得测量控制装置的姿态角，此时可以求出测量参考坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵，其公式为：

式(3)中：表示从测量参考坐标系到测量控制装置坐标系的旋转变换矩阵，ψ_m表示测量控制装置的偏航角，θ_m表示测量控制装置的俯仰角，φ_m表示测量控制装置的滚动角；

因为坐标旋转变换矩阵为正交矩阵，其逆矩阵等于转置矩阵，所以由式(3)可得，从测量控制装置坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵为：

(4)式(4)中：表示从测量控制装置坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵；

第五步，根据第三步和第四步求解被测轴在测量参考坐标系中的单位向量：

根据式(1)和式(3)可以得到测量控制装置的光轴坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵为：

由于被测轴在测量控制装置的光轴坐标系中8的单位向量为那么被测轴在测量参考坐标系10中的单位向量为：

式(6)中：表示从测量控制装置的光轴坐标系到测量参考坐标系的旋转变换矩阵。

3.根据权利要求1所述的大尺寸空间的空间角度的测量方法，其特征在于，

所述控制器包括：

视频处理模块，与所述靶标收发器相连，用于处理所述靶标收发器接收的图像；

控制量计算模块，连接在所述视频处理模块与所述光轴调向器之间，用于将所述视频处理模块所传递的数据生成控制指令以驱动所述光轴调向器；以及

向量坐标计算模块，连接在所述姿态传感器与所述光轴调向器之间，用于处理所述姿态传感器与所述光轴调向器中编码器的测量数据以计算待测轴的空间向量坐标；

所述平面镜适配器包括：

平面反射镜；以及

安装座，用于连接所述平面反射镜和待测轴；

所述安装座的与所述待测轴的连接面与所述平面反射镜的镜面平行；

在校准测量控制装置时，将测量控制装置的光轴与参考轴调整为平行状态的过程为：测量控制装置通过控制光轴调向器的偏转使测量控制装置的光轴螺旋运动直到接收到从参考轴端面的平面镜适配器的平面反射镜反射回来的光束，测量控制装置中的靶标收发器的CCD成像器件能够识别出反射回的十字分划图像，通过控制器对光轴调向器进行微调以缩小靶标收发器的CCD成像器件接收到的反射回的十字分划图像与CCD成像器件的像素偏差，使得十字分划图像的中心与CCD成像器件中心重合，此时测量控制装置的光轴与参考轴平行。