本實(shí)用新型涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種激光云臺(tái)智能空間定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有無(wú)線通訊測(cè)距設(shè)備中，主要是由地面三個(gè)無(wú)線信號(hào)收發(fā)點(diǎn)和空中一個(gè)無(wú)線信號(hào)收發(fā)點(diǎn)四個(gè)部分組成。其主要原理是使用無(wú)線電波的發(fā)散傳播，并測(cè)量幾個(gè)收發(fā)點(diǎn)的時(shí)間，計(jì)算各個(gè)收發(fā)點(diǎn)的距離信息。然后通過帶入計(jì)算，得出空中收發(fā)點(diǎn)的相對(duì)位置信息。

上述技術(shù)在用于大范圍測(cè)試及定位測(cè)量時(shí)，存在以下問題和缺點(diǎn)：

（1）現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量精度較低，主要問題在于硬件組成部分的技術(shù)受限，會(huì)因?yàn)橛布磻?yīng)的不及時(shí)造成移動(dòng)物體的空間定位不準(zhǔn)確，同時(shí)受到無(wú)線電波干擾的影響會(huì)加大使用場(chǎng)地的局限性。無(wú)線電波實(shí)際使用中會(huì)因?yàn)橛布蛟斐删_定位達(dá)不到實(shí)際要求，測(cè)量精度得不到滿足；

（2）現(xiàn)有技術(shù)的使用較為不便，現(xiàn)有技術(shù)需要四個(gè)收發(fā)模塊同時(shí)運(yùn)行才能實(shí)現(xiàn)空間位置的定位，相對(duì)應(yīng)的在測(cè)量開始布放、回收器材需要多點(diǎn)布放、多點(diǎn)回收使用不便；

（3）現(xiàn)有技術(shù)的致命缺點(diǎn)在于實(shí)用無(wú)線電波通訊測(cè)量各個(gè)收發(fā)點(diǎn)的距離信息，受限于硬件設(shè)備的誤差，測(cè)量精度無(wú)法滿足精密測(cè)繪的需求，空間定位達(dá)不到所需要的精確值。且無(wú)線信號(hào)發(fā)射中，會(huì)因?yàn)槭瞻l(fā)天線的不能同步移動(dòng)帶來測(cè)量信號(hào)丟失的現(xiàn)象發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問題和缺陷，本實(shí)用新型提供一種激光云臺(tái)智能空間定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用激光測(cè)距，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍測(cè)量及準(zhǔn)確定位，同時(shí)提高設(shè)備的抗干擾能力，進(jìn)一步提升測(cè)量精度。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：一種激光云臺(tái)智能空間定位系統(tǒng)，其特征在于包括距離采集子系統(tǒng)、角度控制子系統(tǒng)和標(biāo)記子系統(tǒng)，其中：所述距離采集子系統(tǒng)包括由激光測(cè)距探頭組成的探頭陣列，探頭陣列跟隨標(biāo)記子系統(tǒng)，并監(jiān)測(cè)來自同一方向探頭陣列與標(biāo)記子系統(tǒng)的距離信息，每個(gè)激光測(cè)距探頭分別收集獨(dú)立的距離信息；所述角度控制子系統(tǒng)對(duì)距離采集子系統(tǒng)的水平角度和俯仰角度，使距離采集子系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記子系統(tǒng)；所述標(biāo)記子系統(tǒng)為遠(yuǎn)程位置可控的采集標(biāo)記，標(biāo)記子系統(tǒng)為距離采集子系統(tǒng)提供對(duì)準(zhǔn)信號(hào)，并接受距離采集子系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)，及配合角度控制子系統(tǒng)的修正鎖定作業(yè)。

對(duì)上述方案作進(jìn)一步補(bǔ)充，所述距離采集子系統(tǒng)包括激光測(cè)距探頭以及上表面分布有激光測(cè)距探頭的激光探頭載板，激光測(cè)距探頭平行等距排列。

對(duì)上述方案作進(jìn)一步補(bǔ)充，所述激光測(cè)距探頭排列方式為四邊形矩形陣列或六角形蜂窩狀陣列平行排列。

對(duì)上述方案作進(jìn)一步補(bǔ)充，所述角度控制子系統(tǒng)包括設(shè)于激光探頭載板下表面中部俯仰轉(zhuǎn)軸，激光探頭載板可繞俯仰轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，俯仰轉(zhuǎn)軸兩端固定于豎直支柱上，豎直支柱固定于水平轉(zhuǎn)臺(tái)表面，水平轉(zhuǎn)臺(tái)與支撐三腳架通過水平轉(zhuǎn)軸連接；還包括俯仰角度傳感器、水平角度傳感器、俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)、水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制器，其中俯仰角度傳感器固定于俯仰轉(zhuǎn)軸上，俯仰轉(zhuǎn)軸通過俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，水平角度傳感器固定于水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，豎直支柱通過水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，控制器控制俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)和水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速及啟停，俯仰角度傳感器和水平角度傳感器分別采集激光探頭載板和水平轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并把數(shù)值反饋至控制器。

對(duì)上述方案作進(jìn)一步補(bǔ)充，所述標(biāo)記子系統(tǒng)包括飛行器以及懸掛于飛行器下方的高光體，其中飛行器可接收距離采集子系統(tǒng)的位置信息，并反饋位置信號(hào)至角度控制子系統(tǒng)，高光體通過遠(yuǎn)距離遙控的飛行器帶動(dòng)。

對(duì)上述方案作進(jìn)一步補(bǔ)充，還包括控制管理子系統(tǒng)，所述控制管理子系統(tǒng)分別與距離采集子系統(tǒng)、角度控制子系統(tǒng)連接，顯示測(cè)量距離、偏移角度，并計(jì)算、記錄、分享標(biāo)記子系統(tǒng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

（1）本實(shí)用新型中采用分布的激光測(cè)距探頭，對(duì)激光測(cè)距探頭進(jìn)行角度控制，配合可以自由移動(dòng)位置的高光體，形成了激光云臺(tái)智能空間定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)將抗干擾能力得到穩(wěn)步提成，同時(shí)可以使測(cè)量距離的精度至毫米級(jí)；

（2）本實(shí)用新型采用激光測(cè)距探頭分布設(shè)置于激光探頭載板，通過控制激光探頭載板的俯仰角度和旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光測(cè)距探頭自由追蹤高光體技術(shù)，同時(shí)解決布放麻煩的問題，可以自動(dòng)修正鎖定的實(shí)現(xiàn)，使地面部分只需要一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)即可，減少布放時(shí)長(zhǎng)，操作更簡(jiǎn)潔，只需要瞄準(zhǔn)一次后自動(dòng)鎖定；

（3）本實(shí)用新型中的標(biāo)記子系統(tǒng)采用飛行器帶動(dòng)高光體，從而降低空中部分的負(fù)載，為航空器負(fù)載減重降低能耗，同時(shí)本系統(tǒng)空中部分僅需要一個(gè)高光球體，不需要電子設(shè)備的裝備，有效減少航空器的負(fù)載重量，增加航空器的有效續(xù)航能力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成框架圖；

圖2是本實(shí)用新型中距離采集子系統(tǒng)和角度控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型中標(biāo)記子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型中角度控制子系統(tǒng)的信號(hào)傳輸流程圖；

圖5是本實(shí)用新型中的距離采集子系統(tǒng)位置校正示意圖；

圖6是本實(shí)用新型中的云臺(tái)修正示意圖；

圖中：1、激光測(cè)距探頭，2、激光探頭載板，3、俯仰轉(zhuǎn)軸、4、豎直支柱，5、水平轉(zhuǎn)臺(tái)，6、水平轉(zhuǎn)軸，7、三腳架；8、俯仰角度傳感器，9、水平角度傳感器，10、俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)，11、水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)，12、控制器，13、飛行器，14、高光體。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

附圖1為激光云臺(tái)智能空間定位系統(tǒng)的組成框架示意圖，云臺(tái)是一種戶外測(cè)繪設(shè)備，將激光掃描云臺(tái)安裝在三腳架上，激光固定于掃描云臺(tái)上，通過調(diào)節(jié)云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度，能夠在特定角度下進(jìn)行測(cè)繪工作。本實(shí)用新型中的激光云臺(tái)智能空間定位系統(tǒng)包括距離采集子系統(tǒng)、角度控制子系統(tǒng)、標(biāo)記子系統(tǒng)和控制管理子系統(tǒng)，距離采集子系統(tǒng)接收標(biāo)記子系統(tǒng)的信息，所接收的信息傳遞至控制管理子系統(tǒng)，在接收信息過程中，需要根據(jù)標(biāo)記子系統(tǒng)的位置，通過角度控制子系統(tǒng)調(diào)整距離采集子系統(tǒng)的方向，使距離采集子系統(tǒng)與標(biāo)記子系統(tǒng)對(duì)正，同時(shí)調(diào)整信息通過控制管理子系統(tǒng)判斷和計(jì)算，并把調(diào)整的朝向角度發(fā)送至角度控制子系統(tǒng)。綜上，在距離采集子系統(tǒng)、角度控制子系統(tǒng)和控制管理子系統(tǒng)之間形成信息的循環(huán)，逐步調(diào)整距離采集子系統(tǒng)朝向，使其始終與標(biāo)記子系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)對(duì)準(zhǔn)位置進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)激光云臺(tái)的智能空間定位功能。

附圖2中包括距離采集子系統(tǒng)和角度控制子系統(tǒng)，其中距離采集子系統(tǒng)包括激光測(cè)距探頭1以及上表面分布有激光測(cè)距探頭1的激光探頭載板2，激光測(cè)距探頭1平行等距排列，形成探頭陣列。探頭陣列跟隨標(biāo)記子系統(tǒng)，并監(jiān)測(cè)來自同一方向探頭陣列與標(biāo)記子系統(tǒng)的距離信息，每個(gè)激光測(cè)距探頭1分別收集獨(dú)立的距離信息。

附圖2中的角度控制子系統(tǒng)對(duì)距離采集子系統(tǒng)的水平角度和俯仰角度，使距離采集子系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記子系統(tǒng)；其具體結(jié)構(gòu)包括設(shè)于激光探頭載板2下表面中部俯仰轉(zhuǎn)軸3，激光探頭載板2可繞俯仰轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)，俯仰轉(zhuǎn)軸3兩端固定于豎直支柱4上，豎直支柱4固定于水平轉(zhuǎn)臺(tái)5表面，水平轉(zhuǎn)臺(tái)5與支撐三腳架7通過水平轉(zhuǎn)軸6連接。

為了控制上述角度控制子系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)部分的運(yùn)動(dòng)，還設(shè)置了俯仰角度傳感器8、水平角度傳感器9、俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)10、水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)11和控制器12，如附圖4所示，其中俯仰角度傳感器8固定于俯仰轉(zhuǎn)軸3上，俯仰轉(zhuǎn)軸3通過俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)10驅(qū)動(dòng)，水平角度傳感器9固定于水平轉(zhuǎn)臺(tái)5上，豎直支柱4通過水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)11驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，控制器12控制俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)10和水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)11轉(zhuǎn)速及啟停，俯仰角度傳感器8和水平角度傳感器9分別采集激光探頭載板2和水平轉(zhuǎn)臺(tái)5的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并把數(shù)值反饋至控制器12。這樣，在俯仰驅(qū)動(dòng)電機(jī)10、俯仰角度傳感器8和控制器12之間閉環(huán)控制系統(tǒng)，同樣在水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、水平角度傳感器9和控制器12之間也形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。兩個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，對(duì)激光探頭載板2的方向進(jìn)行精確調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了激光測(cè)距探頭對(duì)標(biāo)記子系統(tǒng)高精度、高效率的追蹤，而且整個(gè)結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單，控制便于實(shí)現(xiàn)，整體成本可控。

上述的標(biāo)記子系統(tǒng)為遠(yuǎn)程位置可控的采集標(biāo)記，標(biāo)記子系統(tǒng)為距離采集子系統(tǒng)提供對(duì)準(zhǔn)信號(hào)，并接受距離采集子系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)，及配合角度控制子系統(tǒng)的修正鎖定作業(yè)。在附圖3中為標(biāo)記子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成圖，標(biāo)記子系統(tǒng)包括飛行器13以及懸掛于飛行器13下方的高光體14，其中飛行器13可接收距離采集子系統(tǒng)的位置信息，并反饋位置信號(hào)至角度控制子系統(tǒng)，高光體14通過遠(yuǎn)距離遙控的飛行器13帶動(dòng)，其作為空中標(biāo)記部分，主要用來增強(qiáng)激光探頭的測(cè)量精度。高光體14采用鏡面全反射球狀物體。

本系統(tǒng)還包括控制管理子系統(tǒng)，控制管理子系統(tǒng)分別與距離采集子系統(tǒng)、角度控制子系統(tǒng)連接，顯示測(cè)量距離、偏移角度，并計(jì)算、記錄、分享標(biāo)記子系統(tǒng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

在上述的距離采集子系統(tǒng)、角度控制子系統(tǒng)和控制管理子系統(tǒng)中包括數(shù)據(jù)傳輸模塊和供電模塊，其中數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)三個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)循環(huán)傳遞，供電模塊為每個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)供電，保證正常工作。

本系統(tǒng)利用激光測(cè)距，實(shí)現(xiàn)大范圍測(cè)量及準(zhǔn)確定位，其主要包括位置鎖定和確定空間信息兩個(gè)過程，其工作原理如下：

（1）位置鎖定的實(shí)現(xiàn)過程：利用激光測(cè)距探頭組成的激光陣列中心對(duì)準(zhǔn)空中的高光體后，激光陣列的所有探頭都會(huì)監(jiān)測(cè)當(dāng)時(shí)的距離信息，中心探頭會(huì)監(jiān)測(cè)到最近的距離信息，就判斷已對(duì)準(zhǔn)高光體；當(dāng)高光球體開始移動(dòng)時(shí)，激光陣列上的激光探頭就會(huì)進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)。當(dāng)某一方向監(jiān)測(cè)到最近距離時(shí)，反饋數(shù)據(jù)到控制管理子系統(tǒng)?？刂乒芾碜酉到y(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得到的水平轉(zhuǎn)角和俯仰轉(zhuǎn)角發(fā)送至角度控制子系統(tǒng)，根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整激光陣列的朝向，使激光陣列的中心重新對(duì)準(zhǔn)高光球體，完成修正作業(yè)；

（2）確定空間信息的實(shí)現(xiàn)過程：當(dāng)需要確定某一時(shí)刻的空間信息時(shí)，可通過控制管理子系統(tǒng)直接截取當(dāng)時(shí)的距離與修正角度，通過函數(shù)計(jì)算得出相對(duì)空間位置信息。

根據(jù)上述的兩個(gè)過程，開發(fā)了利用激光云臺(tái)智能空間定位系統(tǒng)進(jìn)行空間定位的方法，其步驟如下：

通過如下步驟獲得固定在空間物體上標(biāo)記子系統(tǒng)的坐標(biāo)（X、Y、Z）：

步驟S1：距離采集子系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記子系統(tǒng)，檢測(cè)到最近點(diǎn)距離為L(zhǎng)；

步驟S2：當(dāng)距離采集子系統(tǒng)完成對(duì)準(zhǔn)采集后，獲得最近點(diǎn)數(shù)據(jù)的測(cè)距探頭水平方向距離陣列中心距離為n，豎直方向距離陣列中心距離為k；

步驟S3：控制管理子系統(tǒng)根據(jù)傳輸?shù)钠凭嚯x數(shù)據(jù)，計(jì)算水平修正角度θ，豎直修正角度γ，θ=arctan（n/L），γ=arctan(k/L)，如附圖6所示；

步驟S4：角度控制子系統(tǒng)根據(jù)傳輸?shù)男拚嵌葦?shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)水平驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)α，驅(qū)動(dòng)豎直驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)β，完成鎖定作業(yè)；

步驟S5：控制管理子系統(tǒng)根據(jù)已收集到的距離數(shù)據(jù)L、偏移角度α和β，計(jì)算得出標(biāo)記子系統(tǒng)的空間位置信息（X、Y、Z），

。

實(shí)施例二：

在實(shí)施例一的基礎(chǔ)山，對(duì)激光測(cè)距探頭1在激光探頭載板2上的排布方式做了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，激光測(cè)距探頭1排列方式為四邊形矩形陣列或六角形蜂窩狀陣列平行排列，形成激光陣列。激光陣列同時(shí)監(jiān)測(cè)來自同一方向的距離信息，各個(gè)激光測(cè)距探頭1分別收集獨(dú)立的距離信息。

在監(jiān)測(cè)的過程中，需要進(jìn)行位置鎖定，四邊形矩形陣列排列的探頭如附圖5所示，其中狀態(tài)（1）為檢測(cè)高光體初始狀態(tài)，當(dāng)高光體對(duì)陣激光陣列中心時(shí)，陣列中心的四個(gè)激光測(cè)距探頭會(huì)檢測(cè)到相同（誤差范圍內(nèi)）的距離信息，那么就認(rèn)定此刻高光體已經(jīng)被對(duì)齊瞄準(zhǔn)；狀態(tài)（2）中為高光體發(fā)生偏移的情況，即在被瞄準(zhǔn)的高光體發(fā)生偏移（移動(dòng)）時(shí)，激光陣列會(huì)因?yàn)楦吖怏w的偏移發(fā)生數(shù)據(jù)的變異變化，陣列所對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)就會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)激光陣列就會(huì)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)給角度控制子系統(tǒng)和控制管理子系統(tǒng)重新校正；角度控制子系統(tǒng)會(huì)根據(jù)收集的偏移信息，是激光陣列的中心點(diǎn)再次對(duì)準(zhǔn)高光體，完成鎖定作業(yè)，如狀態(tài)（3）所示。隨后返回至狀態(tài)（1）的初始瞄準(zhǔn)狀態(tài)。對(duì)于六角形蜂窩狀陣列的探頭，其對(duì)準(zhǔn)和鎖定過程也與上述過程相同，在此就不贅述。

綜上所述，本實(shí)用新型在具體應(yīng)用時(shí)，以飛行器的空間定位為例：飛行器13在空中快速移動(dòng)，飛行器13攜帶高光體14為定位標(biāo)志物。在穩(wěn)定狀態(tài)下，將激光測(cè)距陣列對(duì)準(zhǔn)定位高光體14。激光測(cè)距陣列實(shí)時(shí)發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果后，發(fā)布云臺(tái)兩軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)指令，調(diào)整下部云臺(tái)系統(tǒng)的俯仰角與水平角位置，使上部負(fù)載的測(cè)距陣列中心對(duì)準(zhǔn)標(biāo)志物。實(shí)時(shí)反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)飛行器動(dòng)態(tài)環(huán)境下的鎖定作業(yè)。當(dāng)飛行器13需要在某一時(shí)刻定位作業(yè)時(shí)，導(dǎo)出該時(shí)刻下激光測(cè)距陣列的距離數(shù)據(jù)及該時(shí)刻下云臺(tái)修正角度。通過三角函數(shù)，計(jì)算得出該時(shí)刻下在參考坐標(biāo)系內(nèi)的空間位置信息，實(shí)現(xiàn)定位作業(yè)。