CN111238439B - 角度偏差测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种角度偏差测量系统，用于测量运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息，包括：第一测量设备(100)、第二测量设备(200)以及与第一测量设备(100)和第二测量设备(200)通信连接的计算设备(300)。其中，第一测量设备(100)用于测量与运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息；第二测量设备(200)用于测量与目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息；计算设备(300)用于根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息。

Description

角度偏差测量系统

技术领域

本申请涉及对运载体进行检测的测量技术领域，特别是涉及一种角度偏差测量系统，用于测量运载体上的目标对象相对于所述运载体的角度偏差信息。

背景技术

目前，现有的运载体(例如飞行器)在使用前都需要进行调试，或者在使用期间需要定期进行检查。在调试和检查的过程中检测运载体上设置的指定目标对象的姿态相对于运载体的姿态是否符合规定。例如，目标对象的轴线与运载体机轴轴线是否平行，或者检测该指定目标对象的轴线与运载体机轴轴线之间的角度是否符合预定角度。例如，设置于运载体机翼上的引擎转轴的轴线与运载体的机轴是否平行或者其夹角是否符合预定角度。

这种情况下，就需要测量该目标对象的轴线相对于运载体的机轴轴线的角度偏差信息(即，目标对象的轴线与机轴轴线之间的夹角)。目前该测量工作通常是需要人工进行手动测量的。但是人工手动测量的方式需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点。

针对现有技术中存在的对运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息进行检测的工作需要多人协作完成，从而耗时长、程序复杂、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作的问题，目前还没有有效的解决方案。

发明内容

本公开提供了一种角度偏差测量系统，以至少解决现有技术中存在的对运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息进行检测的工作需要多人协作完成，从而耗时长、程序复杂、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种角度偏差测量系统，用于测量运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息，包括：第一测量设备、第二测量设备以及与第一测量设备和第二测量设备通信连接的计算设备。其中，第一测量设备用于测量与所述运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息；第二测量设备用于测量与所述目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息；以及计算设备用于根据所述运载体姿态测量信息和所述目标对象姿态测量信息，确定所述目标对象相对于所述运载体的第一角度偏差信息。

根据本实施例的技术方案，角度偏差测量装置中的第一测量设备用来测量与运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息。并且第二测量设备用来测量与运载体上目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息。然后计算设备可以根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的角度偏差信息。从而根据角度偏差测量系统测量的角度偏差信息，完成运载体上目标对象的校准。并且整个过程仅需要一个人分别操作第一测量设备和第二测量设备即可完成实现。进而解决了现有技术中存在的对运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息进行检测的工作需要多人协作完成，从而耗时长、程序复杂、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作的问题。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请实施例所述的角度偏差测量系统的示意图；

图2是根据本申请实施例所述的用于计算第一轴线和第二轴线的角度偏差信息的示意图；

图3A是根据本申请实施例所述的利用第一测量设备对运载体的进行姿态的示意图；

图3B是根据本申请实施例所述的运载体的水平基准点的示意图；

图3C是根据本申请实施例的第一个方面所述的运载体的航向点的示意图；

图4是根据本申请实施例所述的对中杆的示意图；

图5是根据本申请实施例所述的利用第二测量设备的光学准直装置测量目标对象的第二轴线的示意图；

图6是根据本申请实施例所述的光学准直装置的载体坐标系与地理坐标系之间的欧拉角的示意图；

图7是根据本申请实施例所述的光学准直装置的示意性内剖图；

图8是根据本申请实施例所述的光学准直装置的光学系统的结构示意图；

图9A是根据本申请实施例所述的第一分划板和第二分划板共同投影在成像面上形成的检测图像的一个示意图，其中根据图9A所示光学准直装置的轴线与目标对象的第二轴线没有对准；

图9B是根据本申请实施例所述的第一分划板和第二分划板共同投影在成像面上形成的检测图像的又一个示意图，其中根据图9B所示光学准直装置的轴线与目标对象的第二轴线没有对准；

图10A是根据本申请实施例所述的第一分划板和第二分划板共同投影在成像面上形成的检测图像的一个示意图，其中根据图10A所示目标对象的第二轴线相对于光学准直装置的俯仰角不为零；

图10B是根据本申请实施例所述的第一分划板和第二分划板共同投影在成像面上形成的检测图像的又一个示意图，其中根据图10B所示目标对象的第二轴线相对于光学准直装置的方位角不为零；

图11是根据本申请实施例所述的第二测量设备的示意性内剖图；以及

图12是根据本申请实施例所述的第二测量设备的示意性仰视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开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公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

地理坐标系(简称t系)：原点在被测对象的重心，x_t轴指向东，y_t轴指北，z_t轴沿垂线指向天，通常称东北天坐标系。对于地理坐标系还有不同的取法，如北西天、北东地等。坐标系指向不同仅仅影响某一矢量在坐标系中求取投影分量的正负号不同而已，而不影响研究被测对象导航基本原理的阐述和导航参数计算结果的正确性。

载体坐标系(简称b系)：载体坐标系是固连在被测对象上的，其原点在被测对象的重心，x_b轴指向被测对象纵轴向前，y_b轴指向被测对象右方，z_b轴垂直Ox_by_b平面向上。

图1是根据本申请实施例所述的角度偏差测量系统的示意图，参考图1所示，角度偏差测量系统用于测量运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息，包括第一测量设备100、第二测量设备200以及计算设备300。

第一测量设备100用于测量与运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息；第二测量设备200用于测量与目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息；计算设备300用于根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息。

具体地，参考图1所示，角度偏差测量系统中的第一测量设备100用来测量与运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息。并且第二测量设备200用来测量与运载体上目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息。然后计算设备300可以根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息。其中计算设备可以是例如计算机处理器等计算设备。

正如背景技术中所述的，现有的测量工作通常是需要人工进行手动测量的。但是人工手动测量的方式需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点。

有鉴于此，根据本实施例的技术方案，角度偏差测量系统中的第一测量设备100用来测量与运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息。并且第二测量设备200用来测量与运载体上目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息。然后计算设备300可以根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息。从而根据角度偏差测量系统测量的第一角度偏差信息，进而完成运载体上目标对象的校准。

并且角度偏差测量的整个过程仅需要一个人分别操作第一测量设备100和第二测量设备200即可完成实现。进而解决了现有技术中存在的对运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息进行检测的工作需要多人协作完成，从而耗时长、程序复杂、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作的问题。

可选地，根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息的操作包括：根据运载体姿态测量信息，确定运载体的运载体姿态信息；根据目标对象姿态测量信息，确定目标对象的目标对象姿态信息；以及根据运载体姿态信息和目标对象姿态信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息。

具体地，参考图2所示，计算设备300可以根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息。例如计算设备300首先可以根据运载体姿态测量信息，确定运载体的运载体姿态信息。然后计算设备300可以根据目标对象姿态测量信息，确定目标对象的目标对象姿态信息。最后计算设备300可以根据运载体姿态信息和目标对象姿态信息，确定目标对象相对于运载体的第一角度偏差信息。从而得出运载体上目标对象相对于运载体的角度偏差信息，进而完成运载体上目标对象的校准。

可选地，运载体姿态信息包括运载体的第一俯仰角信息以及第一方位角信息。目标对象姿态信息包括目标对象的第二俯仰角信息以及第二方位角信息。并且，根据运载体姿态信息和目标对象姿态信息，确定第一角度偏差信息的操作，包括：根据第一方位角信息、第二方位角信息、第一俯仰角信息和第二俯仰角信息确定目标对象相对于运载体的方位角偏差、俯仰角偏差以及横滚角偏差。

具体地，参考图2所示，例如可以将运载体的第一轴线和目标对象的第二轴线可以看作是空间的两根异面空间直线。在东北天坐标系下，将其沿三维正交平面(横滚面、俯仰面和方位面)投影，可得两空间异面直线间的横滚差角、俯仰差角和方位差角，具体立体几何知识此处不再赘述。

从而通过这种方式，可以根据第一测量设备和第二测量设备的运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体角度偏差信息。具体地，关于运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息的进一步具体细节，将在后文中描述。此外，尽管在本实施例中，引入了运载体的第一轴线和目标对象的第二轴线的概念，但是这仅仅是为了便于本领域技术人员理解本实施例的技术方案。只要能够利用本实施例中所述的系统中的测量设备所测量的信息确定目标对象与运载体之间的角度偏差，都属于本公开保护的范围。

可选地，第一测量设备100为大地测量设备，并且运载体姿态测量信息包括第一坐标信息集合，其中第一坐标信息集合包括设置于运载体的外表面的多个基准点的坐标信息。并且根据运载体姿态测量信息，确定运载体姿态信息的操作，包括：根据多个基准点的坐标信息，确定运载体姿态信息。

具体地，参考图3A所示，在用户需要对运载体(例如飞行器)进行姿态测量的情况下，用户可以在运载体的外表面确定多个基准点。其中例如运载体的框架结构是刚性的，不会轻易发生形变，因此可以在刚性的框架结构上选取基准点，从而保证基准点相对于机轴的位置不会发生改变。参考图3B和图3C所示，例如可以在运载体的机身上设置水平基准点A、水平基准点B、水平基准点C、航向基准点A’以及航向基准点B’等五个基准点。其中水平基准点C与水平基准点B关于机轴对称。由于这五个基准点均设置于运载体的框架结构上，因此无论运载体姿态如何改变，这五个基准点的相对位置不会发生改变，与机轴的位置关系也固定不变。因此在对该运载体进行姿态测量的情况下，可以选取以上五个基准点作为该运载体的基准点。此外，这五个基准点中的水平基准点A、水平基准点B、水平基准点C在运载体为顶平状态下，分布于同一个水平平面上。航向基准点A’和航向基准点B’为传统的航向基准点(位于运载体的机体下表面)。通过该五个基准点位于机体坐标系的固定位置这一关系，只要这五个基准点的坐标已知，即能通过基准点的坐标信息与机轴和机轴面的关系，计算运载体在坐标系下的机轴和机轴面位置，即可得知该机体的在此坐标系下的姿态参数。

进一步地，参考图3A，用户可以利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量，并根据大地测量设备的测量结果确定多个基准点的坐标信息。其中大地测量设备可以但不限于是全站仪，其中全站仪例如可以用来测量目标对象的坐标信息。

进一步地，计算设备300可以根据多个基准点的坐标信息，确定运载体的运载体姿态信息。其中运载体姿态信息例如可以包括运载体在三维空间中的横滚角、俯仰角以及方位角等。

从而用户可以使用大地测量设备测量运载体上的基准点的坐标信息，然后根据基准点的坐标信息计算出运载体的姿态信息，达到短时间内完成运载体姿态的准确测量的效果。并且大地测量设备便于携带，可以在野外完成运载体姿态的测量工作。进而解决了在运载体停用的状态下，对运载体姿态测量的方法需要多人协作完成，从而存在耗时长、程序复杂(例如需要多人协作完成)、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作等缺点的技术问题。

可选地，多个基准点包括第一部分基准点，并且根据多个基准点的坐标信息，确定运载体姿态信息的操作，包括：根据第一部分基准点的坐标信息，确定与运载体相关联的基准平面的平面信息，其中基准平面与运载体的机体平面平行，并且机体平面在运载体处于顶平状态的情况下为水平分布的平面；以及根据平面信息，确定运载体姿态信息。

具体地，参考图3B所示，多个基准点包括第一部分基准点。其中第一部分基准点可以是在与运载体平行的平面上的三个点，例如图3B中的A、B和C点。并且计算设备根据多个坐标信息，确定运载体的姿态信息。例如可以根据第一部分基准点的坐标信息，确定与运载体相关联的基准平面的平面信息，其中基准平面与运载体的机体平面平行，并且机体平面在运载体处于顶平状态的情况下为水平分布的平面。然后计算设备根据平面信息，确定运载体的俯仰角和横滚角。其中平面信息可以包括基准平面的方程。

进一步地，设水平基准点A(x_ap,y_ap,z_ap)、水平基准点B(x_bp,y_bp,z_bp)、水平基准点C(x_cp,y_cp,z_cp)、航向基准点A'(x_ah,y_ah,z_ah)、航向基准点B'(x_bh,y_bh,z_bh)。

则平面方程求解：由运载体的结构可知，水平基准点A、水平基准点B、水平基准点C始终在一个平面上，通过坐标模型不难发现此平面平行于运载体的机体平面，且该机体平面能代表运载体机体的俯仰和横滚姿态，对该机体平面进行计算，求出平面方程：

水平向量

水平向量

该平面的法向量

平面向量叉乘计算：

设

其中a_x、a_y、a_z、b_x、b_y以及b_z为常量系数。

根据向量的叉乘，得到该平面的法向量，设为

从而可以利用该法向量求取该机体平面的姿态信息，并且利用该机体平面的姿态信息获取运载体的姿态信息。

此外，还可以用迭代法计算基准平面的平面方程：

平面方程的一般表达式为：

Ax+By+Cz+1＝0，(C≠0)

记：

则：z＝a₀x+a₁y+a₂

平面方程拟合：

对于一系列的n个点(n≥3)：

(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1

要用点(x_i,y_i,z_i),i＝0,1,…,n-1拟合计算上述平面方程，则使：

最小。

要使得S最小，应满足：

即：

有，

或，

解上述线形方程组，得：a₀,a₁,a₂

即：z＝a₀x+a₁y+a₂

同理可求当平面方程设为Ax+By+C＝Z时，此方程的迭代解。从而也可以利用该方程公式来确定运载体的姿态信息。

可选地，多个基准点还包括位于基准平面之外的第二部分基准点，并且根据平面信息，确定运载体的姿态信息的操作，还包括：根据平面信息以及第二部分基准点的坐标信息，确定运载体姿态信息。

具体地，参考图3B和图3C所示，多个基准点还包括位于基准平面之外的第二部分基准点(例如可以是图3C中所示的航向基准点A’和航向基准点B’)。并且根据多个坐标信息，确定运载体的姿态信息，例如可以根据平面信息以及第二部分基准点的坐标信息，确定运载体的姿态信息。

具体地，将根据上面内容该计算的法向量

带入水平测量点B坐标可得该平面的平面方程：

x_n·x+y_n·y+z_n·z+D＝0其中D＝-(x_n·x_bp+y_n·y_bp+z_n·z_bp)

水平基准点B和水平基准点C关于运载体的机轴对称，依据其机械机构的特点，与垂直于地心的

结合，可计算运载体的横滚角信息：

横滚角

计算运载体的俯仰角信息和方位角信息需要借助机腹下两点。

将机腹下的航向基准点投影到水平基准点所在的平面上，利用投影后的航向向量进行俯仰角和方位角的姿态计算。

设航向基准点A’的投影坐标为A(x_a,y_a,z_a)，航向基准点B’的投影坐标为B(x_b,y_b,z_b)。

点到平面的投影坐标计算：

由

可知：

因A(x_a,y_a,z_a)为平面上的点，满足平面方程x_n·x_a+y_n·y_a+z_n·z_a+D＝0，带入求得

的值，反带入求得投影坐标A(x_a,y_a,z_a)和B(x_b,y_b,z_b)的值。

投影向量

利用其与垂直于地心的

的关系可计算俯仰角θ，利用垂直于地心的

的关系可计算在全站仪坐标系下的方位角。

进一步地，计算方位角ψ时，需要将该投影向量和全站仪放在同一平面上，即将投影向量的高差设为零。即

其中此方位角是运载体机轴与全站仪坐标系(大地测量设备是全站仪的情况下)N方向的夹角，在此基础上依据全站仪建坐标系时N方向与地磁北的夹角

从而可以推算出机轴与地磁北向的夹角。进而通过以上的求解过程可以计算运载体的横滚角、俯仰角以及方位角的运载体姿态信息。

此外，参考图4所示，运载体的姿态测量方法还包括，可以在运载体上设置分别与多个基准点的位置对应的多个对中杆。由于将大地测量设备放置在运载体的一侧，因此大地测量设备观测不到的基准点(例如位于运载体另一侧以及运载体腹部的基准点)可以用对中杆引出。并且用户利用大地测量设备进行与多个基准点相关的测量的操作，可以利用大地测量设备测量多个对中杆上的测量点(利用对中杆引出的基准点对应的测量点)的坐标信息。从而用户可以通过对中杆将大地测量设备观测不到的基准点向下引出和该基准点对应的测量点，然后通过大地测量设备测量出测量点的坐标信息，进而完成运载体姿态信息的测量。此外对中杆头部安装有对准部件，可准确定位对中杆的高度，下部有精确的尺寸刻线，保证全站仪能够测量到与机轴有准确对应关系的测量点，使用时将引出杆在铅垂状态下自然静止，保证对中杆在每个测量点的状态一致，才能保证测量的数据能够精确反映运载体的姿态。为了适应不同位置的基准点，设计了一长一短两种对中杆，如图4所示。长杆2可以支在地面上，短杆1需要手持顶住测量点。

可选地，第二测量设备200包括光学准直装置210和姿态测量装置220。其中，光学准直装置210用于测量与设置于目标对象的测量面S1之间的第二角度偏差信息。姿态测量装置220与光学准直装置210连接，用于测量与光学准直装置210的姿态相关的光学准直装置姿态测量信息。其中，目标对象姿态测量信息包括第二角度偏差信息以及光学准直装置姿态测量信息，并且根据目标对象姿态测量信息，确定目标对象姿态信息的操作，包括：根据第二角度偏差信息以及光学准直装置姿态测量信息，确定目标对象姿态信息。

具体地，参考图5所示，可以利用光学准直装置210朝向设置于目标对象的测量面S1，从而获取光学准直装置210的轴线与测量面S1的法线之间的第二角度偏差信息。其中在光学准直装置210与测量面S1对准的情况下，光学准直装置210的轴线与目标对象的第二轴线平行。从而第二角度偏差信息可以用于指示光学准直装置210的轴线与目标对象的第二轴线之间的角度偏差。例如在测量面S1与目标对象的载体坐标系的坐标轴(例如x_b2轴)垂直的情况下，测量面S1的法线与目标对象的第二轴线平行。该角度偏差能够反映目标对象的载体坐标系Ox_b2y_b2z_b2与第一光学准直装置10的载体坐标系Ox_b1y_b1z_b1之间的角度偏差，也可以反映目标对象的第二轴线相对于光学准直装置210的轴线的第二角度偏差信息。例如，目标对象的第二轴线相对于光学准直装置210的轴线的方位角偏差以及俯仰角偏差。

此外，参考图6所示，姿态测量装置220用于测量与光学准直装置210的姿态相关的光学准直装置姿态测量信息。从而计算设备300例如可以根据第二角度偏差信息以及光学准直装置姿态测量信息，确定目标对象姿态信息。

具体地，例如(但不限于)计算设备300可以根据光学准直装置姿态测量信息来确定光学准直装置210的光学准直装置姿态信息。例如参考图4所示，光学准直装置210的姿态信息例如可以是光学准直装置210的载体坐标系Ox_b1y_b1z_b1相对于光学准直装置210的地理坐标系Ox_t1y_t1z_t1的欧拉角(α₁，β₁，θ₁)，用于表示光学准直装置210相对于地理坐标系的方位角、俯仰角以及横滚角。

因此计算设备300可以根据目标对象的载体坐标系Ox_b2y_b2z_b2与光学准直装置210的载体坐标系Ox_b1y_b1z_b1之间的第二角度偏差信息以及与光学准直装置210的姿态相关的光学准直装置姿态测量信息，确定目标对象相对于第一光学准直装置的地理坐标系Ox_t1y_t1z_t1的姿态信息，也即目标对象的目标对象姿态信息。

例如，可以根据光学准直装置210的载体坐标系Ox_b1y_b1z_b1相对于地理坐标系Ox_t1y_t1z_t1的方位角和俯仰角以及目标对象的载体坐标系Ox_b2y_b2z_b2与光学准直装置10的载体坐标系Ox_b1y_b1z_b1的方位角偏差以及俯仰角偏差，确定目标对象相对于光学准直装置210的地理坐标系Ox_t1y_t1z_t1的方位角以及俯仰角。并且，由于运载体、光学准直装置210对目标对象的距离都比较近，因此其地理坐标之间的角度偏差可以忽略。因此可以利用最终确定的目标对象姿态信息以及运载体姿态信息，确定第一角度偏差。

从而通过这种方式，可以在不与目标对象接触的情况下，确定与目标对象相关的姿态信息，从而提高了检测的效率。

可选地，光学准直装置210包括：光源211；图像采集单元212；设置于光源前的第一分划板213；设置于图像采集单元212前的第二分划板214；以及设置于第一分划板213和第二分划板214之间的光学系统。其中，光学系统用于将由光源211发射并且穿过第一分划板213的光源光投射到测量面S1上，以及将从测量面S1反射回的光源光经由第二分划板214投射到图像采集单元212。并且，第二角度偏差信息包括图像采集单元212采集的检测图像，其中检测图像包含第一分划板213的第一刻线的第一影像和第二分划板214的第二刻线的第二影像。

具体地，图7示例性的示出了光学准直装置210的示意性内剖图。参照图7所示，第一光学准直装置210包括：光源211、图像采集单元212、设置于光源前的第一分划板213、设置于图像采集单元212前的第二分划板214以及光学系统。其中，图8示例性的示出了光学系统的结构示意图。参照图8所示，光学系统包括物镜215、棱镜216和目镜217，其中第一分划板120和第二分划板130通过棱镜430分光共轭位于物镜215与目镜217的焦平面上。

进一步地，参照图7以及图8所示，例如可以在目标对象上设置测量面S1。依据光路可逆成像原理，光源211发出的光源光经过第一分划板213后经物镜215后成平行光照射至设置于目标对象上的测量面S1。然后，经测量面S1反射再次经由物镜215、目镜217后成像于物镜215的像面位置。由于第二分划板214位于物镜215的像面位置，因此光学系统将从目标对象反射回的光源光经由第二分划板214成平行光投射到图像采集单元212。使得设置于成像面上的图像采集单元212能够采集到包含第一分划板213的第一刻线的第一影像和第二分划板214的第二刻线的第二影像的检测图像，参见图9A和图9B所示。

具体地，其中参考图9A和图9B所示，当目标对象的第二轴线与光学准直装置210的轴线不平行时，即两个空间异面直线间俯仰差角和方位差角不为零时，则第一分划板213和第二分划板214共同投影在成像面上形成的图像如图9A或者图9B所示。第一分划板213的第一影像和第二分划板214的第二影像的十字中心分开一定距离，不处于重合位置，则意味着光学准直装置210的轴线与目标对象的第二轴线没有平行，即存在角度偏差。

其中，光源可以采用1550nm的光纤光源(SFS)，光纤光源(SFS)基于掺铒光纤的放大自发辐射(ASE)，具有很好的温度稳定性，输出功率大、寿命长，低偏振相关性。此外，图像采集单元110例如但不限于为触发式CCD摄像机。

可选地，根据第二角度偏差信息以及光学准直装置姿态测量信息，确定目标对象姿态信息的操作，包括：根据第一影像与第二影像的位置，确定目标对象与光学准直装置的方位角偏差以及俯仰角偏差；根据光学准直装置姿态测量信息，确定光学准直装置210的光学准直装置姿态信息，其中光学准直装置姿态信息包括光学准直装置210的方位角以及俯仰角；以及根据光学准直装置姿态信息以及方位角偏差和俯仰角偏差，确定目标对象姿态信息。

具体地参考图10A和图10B所示，当光学准直装置210的轴线与目标对象的第二轴线不平行时，第一影像的十字与第二影像的十字会不重合。其中当光学准直装置210的轴线与目标对象的第二轴线存在俯仰角偏差时，会如同图10A那样，第一影像和第二影像在垂直方向上存在位置上的偏差。当光学准直装置210的轴线与目标对象的第二轴线存在方位角偏差时，会如同图10B那样，第一影像和第二影像在水平方向上存在位置上的偏差。

此外参考图9A和图9B，当光学准直装置210的轴线与目标对象的第二轴线存在方位角和俯仰角偏差时，第一影像和第二影像在水平方向和垂直方向上均存在位置上的偏差。因此可以根据第一影像与第二影像的位置，确定目标对象的第二轴线相对于光学准直装置210的方位角偏差和俯仰角偏差。

具体地，根据投射在图像采集单元212上的第一影像和第二影像来确定目标对象的姿态信息。其中以第二影像作为参考影像，可以得出第一影像相对于第二影像的相对位移(Δx，Δy)。并且可以通过下述公式得出目标对象的第二轴线相对于光学准直装置210的方位角度偏差k_i和俯仰角度偏差φ_i。

k_i＝Δx/S_x

φ_i＝Δy/S_y

其中S_x为水平方向的比例因子，S_y为垂直方向的比例因子。并且其中S_x和S_y的单位为像素/角秒(每角秒成像高度*分辨率/CCD尺寸)，这两个参数可以提前标定好。

此外，如前面所述，可以根据光学准直装置姿态测量信息，确定光学准直装置210的光学准直装置姿态信息，即光学准直装置210的方位角、俯仰角和横滚角。

从而利用光学准直装置210的方位角α₁以及俯仰角β₁，以及上面所述的方位角度偏差k_i和俯仰角度偏差φ_i，确定目标对象的第二轴线的方位角和俯仰角作为目标对象姿态信息。具体地，可以利用光学准直装置210的方位角α₁以及方位角度偏差k_i之和来确定目标对象的方位角，以及利用光学准直装置210的俯仰角β₁以及俯仰角度偏差β₁之和，来确定目标对象的俯仰角。

从而通过这种方式，本实施例的技术方案能够利用光学投影成像以及图像处理技术来计算光学准直装置210与目标对象之间的角度偏差，从而既能够保证检测的准确性，也能够实时计算目标对象的目标对象姿态信息。

可选地，姿态测量装置220包括：陀螺仪221a、221b、221c和加速度计222a、222b、222c。光学准直装置姿态测量信息包括陀螺仪221a、221b、221c和加速度计222a、222b、222c测量的信息。根据光学准直装置姿态测量信息，确定光学准直装置210的光学准直装置姿态信息的操作，包括：根据陀螺仪221a、221b、221c和加速度计222a、222b、222c测量的信息，利用捷联惯导算法，确定光学准直装置姿态信息。

具体地，图11和图12示例性的示出了姿态测量装置220的示意性内剖图。参照图11和图12所示，姿态测量装置220包括彼此垂直设置的第一陀螺仪221a、第二陀螺仪221b以及第三陀螺仪221c。并且姿态测量装置220还包括彼此垂直设置的第一加速度计222a、第二加速度计222b以及第三加速度计222c。其中通过陀螺仪221a、221b、221c测量光学准直装置210的角运动信息，通过加速度计222a、222b、222c测量光学准直装置210的线速度信息，从而可以依据捷联惯导算法，计算得到光学准直装置210的载体坐标系相对于地理坐标系的方位关系，即光学准直装置210的光学准直装置姿态信息。而关于捷联惯导算法的具体细节，可以参考相关现有技术，本说明书中不再进行详细赘述。

此外，尽管在本实施例中，以捷联惯导算法为例进行了说明。但是光学准直装置姿态测量信息并不限于此，例如光学准直装置姿态测量信息也可以就是姿态测量装置220测量出的关于光学准直装置210的方位角、俯仰角以及横滚角的信息。从而可以不必再计算光学准直装置姿态信息，而直接利用该光学准直装置姿态测量信息确定目标对象姿态信息。

进一步地，由于陀螺仪221a、221b、221c精度的高低直接影响到测量的第一光学准直装置210的第一姿态信息的精度，最终影响所确定的被测物体的姿态的精度。为了保证精度，可以采用高精度的光纤陀螺。或者选取精度为1％的陀螺仪，该精度陀螺仪可以保证航向保持0.01度每小时，满足测量精度的要求。

此外，加速度计222a、222b、222c可以采用石英挠性加速度计，它是机械摆式力平衡伺服加速度计。当检测摆感受输入加速度时，它将产生绕挠性枢轴的惯性力矩，在此力矩的作用下，摆绕挠性枢轴作角运动，产生角位移。由差动电容传感器将该位移变换成电容变化量，输给模拟放大器，模拟放大器将其变换成电流信号输送到力矩器，产生恢复力矩。当恢复力矩与摆的惯性力矩相平衡时，输向力矩器的电流值可用来度量输入加速度的量值。

此外，参考图1所示，角度偏差测量系统还包括显示装置400，显示装置400用来显示运载体的运载体姿态信息、目标对象姿态信息以及第一角度偏差信息。从而可以根据显示装置400显示的第一角度偏差信息，不断地对目标对象的位置进行校准。

综上所述，根据本实施例的技术方案，角度偏差测量装置中的第一测量设备用来测量与运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息。并且第二测量设备用来测量与运载体上目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息。然后计算设备可以根据运载体姿态测量信息和目标对象姿态测量信息，确定目标对象相对于运载体的角度偏差信息。从而根据角度偏差测量系统测量的角度偏差信息，完成运载体上目标对象的校准。

从而整个过程仅需要一个人分别操作第一测量设备和第二测量设备即可完成实现。进而解决了现有技术中存在的对运载体上的目标对象相对于运载体的角度偏差信息进行检测的工作需要多人协作完成，从而耗时长、程序复杂、工作效率低、使用不方便以及不适合野外工作的问题。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种角度偏差测量系统，用于测量运载体上的目标对象相对于所述运载体的角度偏差信息，其特征在于，包括：第一测量设备(100)、第二测量设备(200)以及与所述第一测量设备(100)和所述第二测量设备(200)通信连接的计算设备(300)，其中

所述第一测量设备(100)用于测量与所述运载体的姿态相关的运载体姿态测量信息；

所述第二测量设备(200)用于测量与所述目标对象的姿态相关的目标对象姿态测量信息；以及

所述计算设备(300)用于根据所述运载体姿态测量信息和所述目标对象姿态测量信息，确定所述目标对象相对于所述运载体的第一角度偏差信息，其中

根据所述运载体姿态测量信息和所述目标对象姿态测量信息，确定所述目标对象相对于所述运载体的第一角度偏差信息的操作包括：根据所述运载体姿态测量信息，确定所述运载体的运载体姿态信息；根据所述目标对象姿态测量信息，确定所述目标对象的目标对象姿态信息；以及根据所述运载体姿态信息和所述目标对象姿态信息，确定所述第一角度偏差信息，并且所述运载体姿态信息包括所述运载体的第一俯仰角信息以及第一方位角信息，以及所述目标对象姿态信息包括所述目标对象的第二俯仰角信息以及第二方位角信息，并且其中

根据所述运载体姿态信息和所述目标对象姿态信息，确定所述第一角度偏差信息的操作，包括：根据所述第一方位角信息和所述第二方位角信息确定所述目标对象相对于所述运载体的方位角偏差，以及根据所述第一俯仰角信息和所述第二俯仰角信息确定所述目标对象相对于所述运载体的俯仰角偏差，并且其中

所述第二测量设备(200)包括：光学准直装置(210)，用于测量与设置于所述目标对象的测量面(S1)之间的方位角偏差以及俯仰角偏差；以及姿态测量装置(220)，与所述光学准直装置(210)连接，用于测量与所述光学准直装置(210)的姿态相关的光学准直装置姿态测量信息，并且其中

所述光学准直装置(210)包括：光源(211)；图像采集单元(212)；设置于所述光源前的第一分划板(213)；设置于所述图像采集单元(212)前的第二分划板(214)；以及光学系统，其中所述光学系统用于将由所述光源(211)发射并且穿过所述第一分划板(213)的光源光投射到所述测量面(S1)上，以及将从所述测量面(S1)反射回的所述光源光经由所述第二分划板(214)投射到所述图像采集单元(212)，所述姿态测量装置(220)包括陀螺仪(221a、221b、221c)和加速度计(222a、222b、222c)，并且其中

根据所述目标对象姿态测量信息，确定所述目标对象姿态信息的操作，包括：

通过所述图像采集单元(212)采集检测图像，其中所述检测图像包含所述第一分划板(213)的第一刻线的第一影像和所述第二分划板(214)的第二刻线的第二影像；

根据所述第一影像相对于所述第二影像的相对位移(Δx，Δy)，通过以下公式确定所述目标对象相对于所述第二测量设备(200)的方位角偏差k_i和俯仰角偏差φ_i：

k_i＝Δx/S_x

φ_i＝Δy/S_y

其中S_x为水平方向的比例因子，S_y为垂直方向的比例因子；

根据所述陀螺仪(221a、221b、221c)以及所述加速度计(222a、222b、222c)测量的信息，利用捷联惯导算法计算所述第二测量设备(200)的方位角α₁以及俯仰角β₁；以及

将所述第二测量设备(200)的方位角α₁以及所述目标对象相对于所述第二测量设备(200)的方位角偏差k_i求和，确定所述目标对象的方位角，并且将所述第二测量设备(200)的俯仰角β₁以及所述目标对象相对于所述第二测量设备(200)俯仰角偏差φ_i求和，确定所述目标对象的俯仰角。

2.根据权利要求1所述的角度偏差测量系统，其特征在于，所述第一测量设备(100)为大地测量设备，并且所述运载体姿态测量信息包括第一坐标信息集合，其中所述第一坐标信息集合包括设置于所述运载体的外表面的多个基准点的坐标信息，并且根据所述运载体姿态测量信息，确定所述运载体姿态信息的操作，包括：根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体姿态信息，其中所述运载体上设置分别与多个基准点的位置对应的多个对中杆。

3.根据权利要求2所述的角度偏差测量系统，其特征在于，所述多个基准点包括第一部分基准点，并且根据所述多个基准点的坐标信息，确定所述运载体姿态信息的操作，包括：

根据所述第一部分基准点的坐标信息，确定与所述运载体相关联的基准平面的平面信息，其中所述基准平面与所述运载体的机体平面平行，并且所述机体平面在所述运载体处于顶平状态的情况下为水平分布的平面；以及

根据所述平面信息，确定所述运载体姿态信息。

4.根据权利要求3所述的角度偏差测量系统，其特征在于，所述多个基准点还包括位于所述基准平面之外的第二部分基准点，并且根据所述平面信息，确定所述运载体姿态信息的操作，还包括：

根据所述平面信息以及所述第二部分基准点的坐标信息，确定所述运载体姿态信息。

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