T-Mac激光跟踪系统动态性能分析

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1、2010年8月第30卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementAug．，2010V01．30，No．4文章编号：1000—7202(2010)04一0001—05中图分类号：TN745T-Mac激光跟踪系统动态性能分析刘勇张志勇吴跃(北京航天计量测试技术研究所，北京100076)文献标识码：A摘要针对基于视觉测量技术的六自由度激光跟踪仪，阐述了其工作原理及动态性能的测试方法，着重考核了T—Mac激光跟踪系统动态姿态角测量准确度。关键词激光跟踪自由度姿态角动态特性Analysiso

2、fDynamicCharacteristicfortheT—MacLaserTrackerLIUYongZHANGZhi—yongWUYue(BeijingAerospaceInstituteforMetrologyandMeasurement，Beijing100076)AbstractTheprincipleandtestmethodondynamicperformanceof6Dlasertrackerwhichisbasedonvisionmeasurementtechnologyisdesicribed，andthedynamica

3、ttitudemeasurementerroroftheT—Maclasertrackerisdiscussedinparticular．KeywordsLasertrackingDegreeoffreedomAttitudeangleDynamiccharacteristic1引言T—Mac(跟踪仪一机械控制传感器)是由激光跟踪仪、高速相机和特征目标组合而成的激光跟踪系统，集成了成熟的三维工业测量技术和数字摄影测量技术，是一种新型的便携式全姿态测量系统。它利用三维工业测量系统高准确度坐标测量的功能和数字摄影测量系统的动态测量优势，解决了以往

4、摄影测量技术对控制点的依赖，实现了运动目标的六自由度跟踪测量。T．Mac激光跟踪系统的静态反射球坐标测量准确度可通过标准件进行校准，但目前还没有规范的校准方法和完善的校准装置来实现T—Mac激光跟踪系统的动态性能校准。本文基于实际应用要求，着重对T．Mac激光跟踪系统动态姿态角测量准确度进收稿日期：2009一09—15；修回日期：2009一lO—13作者简介：刘勇(1968一)，男，高级工程师，主要研究方向：瞄准定向技术。行了分析。2T．Mac激光跟踪系统测量原理2．1系统组成T—Mac激光跟踪系统由LTD激光跟踪单元、Cam相机单元和Mac

5、目标单元组成，如图1所示。图1T．Mac激光跟踪系统图宇航计测技术2010娃LTD激光跟踪单元⋯是由激光干涉测距和自动跟踪构成的球坐标测量系统，利用ADM(绝对测距仪)和IFM(激光干涉仪)技术，通过测量出空间目标的水平角、垂直角和斜距，得到空间点的三维坐标X、Y、Z。Cam相机单元[21采用CMOS图像传感器作为敏感元件，利用近红外光工作，通过一个光学变焦系统和电机实现镜头在竖直方向的圆周运动，Cam的增量式角度编码器(分辨力为0．14”)根据跟踪仪指引的角度来提供竖直圆周运动的位置反馈。Cam安装在LTD激光跟踪单元上，采用单像空间后方交

6、会原理，依据Mac目标单元上一定数量的控制点以及相应像点的坐标，列出共线方程，实现目标姿态参数的解算。Cam的一个重要特点是光学变焦系统，使得目标单元对于CMOS图像传感器来说是一个大小不变的常量(保持视区30cmx30cm不变)。Mac目标单元通过本体上集成的角隅棱镜(工具球反射镜)和一组亮度恒定的红外LED(波长880nm)构成目标测量系统，六个测量参数描述了目标单元与激光跟踪单元的关系，包括三个位置参数(x，y，z)和三个姿态参数(砂，9，7)，这些参数分别由LTD(位置)和Cam(姿态)来测定。2．2坐标系的定义各坐标系定义如图2所示

7、。圈2T·Mac激光跟踪系统各坐标系示意图LTD激光跟踪单元坐标系吼溉圪邑，坐标原点D。位于跟踪头中心，X。轴平行于水平度盘并正向指向水平度盘的O点方向，以水平度盘的法线向上方向作为互轴，玩轴遵守右手坐标系的规定，在T·Mac激光跟踪测量系统中以O。X。YLZ。作为全局坐标系。Cam相机单元坐标系Dcxcycz。，坐标原点Oc位于镜头的光心，Xc轴和yc轴分别与CMOS像平面的水平行和垂直列平行，磊与摄影光轴重合。Mac目标单元坐标系吼矗k乙，坐标原点O村位于目标单元安装面的几何中心，‰和％轴位于安装面，‰轴平行于适配器安装轴线，％轴指向标志

8、线方向，‰轴为安装面的法线且指向角隅棱镜为正。经过标定能够确定角隅棱镜中心在目标单元坐标系的坐标(‰，‰，‰)以及各个LED在目标单元坐标系的坐标(x脓，‰，z脓)