专利摘要
本发明公开了一种全方位高精度激光定位方法，步骤如下：首先将光学系统与四象限探测器紧密贴合构成一个探测窗口；再将24个同样的探测窗口环形均匀分布360°；接着使用激光器照射整个系统，随后以探测窗口是否接收到激光能量且光斑是否完整为依据，对窗口进行编码‘1’或者‘0’，选出编码为‘1’的窗口确定激光的大致方位；接着对这些为‘1’的窗口采用基于高斯光斑的高精度定位算法，获取它们各自探测到的方位角和俯仰角；最后对所有的方位角求平均以及选取最大的俯仰角，就能得到激光的精准方位。本发明能够实现精度为0.1°的全方位高精度激光定位，有良好的应用前景。
权利要求
1.一种全方位高精度激光定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将光学系统与四象限探测器按照像方截距l’进行装配，构建单个探测窗口；
步骤2、构建24个步骤1中的探测窗口，再将24个探测窗口均匀分布360°构成激光定位系统；
步骤3、激光照射步骤2中的定位系统，根据探测窗口是否接收到激光能量且光斑是否完整，对窗口编码为‘1’或‘0’，选出编码为‘1’的窗口序列，确定激光的方位；
步骤4、对步骤3中编码为‘1’的窗口，采用基于四象限探测器的高斯光斑的高精度定位算法，得到M个窗口各自的方位角和俯仰角；
步骤5、对步骤4得到的M个方位角求平均则得到待测激光的方位角，选取M个俯仰角中最大的俯仰角作为待测激光的俯仰角。
2.根据权利要求1所述的全方位高精度激光定位方法，其特征在于，步骤1所述光学系统的像方截距l’取值范围为7～9mm。
3.根据权利要求1所述的全方位高精度激光定位方法，其特征在于，步骤2中相邻两个探测窗口法线之间的夹角为15°。
4.根据权利要求1所述的全方位高精度激光定位方法，其特征在于，步骤3中对窗口编码具体为：
假设第i(1≤i≤24,i为整数)个探测窗口的编码数值Ai为：
则系统编码后向量a为：
a＝(A1,A2,A3,A4,……,A24)。
5.根据权利要求1所述的全方位高精度激光定位方法，其特征在于，步骤3确定激光的方位具体为：
以第一个探测窗口探测面的法线方向为基准角度0°，则第i个窗口探测面的法线对应的角度为：
θi＝15×(i-1)(1≤i≤24)。
6.根据权利要求1所述的全方位高精度激光定位方法，其特征在于，步骤4所述采用基于四象限探测器的高斯光斑的高精度定位算法，得到M个窗口各自的方位角和俯仰角，具体为：
步骤4-1、利用仿真方法模拟激光光斑在探测器光敏面上所有能够出现的位置，将各个位置的光斑的中心偏移量和中心坐标的关系建立数据库；
步骤4-2、简化上述数据库，具体是将重复的数据删除；
步骤4-3、依据实际测到的光斑中心偏移量查找数据库，则得到激光光斑的中心坐标(x0,y0)；
步骤4-4、根据下述公式求得待测激光的方位角和俯仰角：
其中，α为入射激光的方位角，β为俯仰角，l’为光学系统的像方截距。
7.根据权利要求1所述的全方位高精度激光定位方法，其特征在于，步骤5中M的取值范围为3～5。
8.根据权利要求1所述的全方位高精度激光定位方法，其特征在于，步骤5中激光的方位角和俯仰角具体计算过程如下：
步骤5-1、假设所有探测窗口以各自法线为0°探测的角度构成向量θ'，法线逆时针旋转角度为负，顺时针为正：
θ'＝(θ1',θ2',θ3',θ4',……,θ′24)
则系统所有探测窗口探测到的方位角为向量θ：
θ＝(θ1+θ1',θ2+θ2',θ3+θ3',θ4+θ4'……,θ24+θ′24)
设能探测到激光能量且像面光斑完整的相邻窗口数为n，则来袭激光的方位角α为：
α＝(aθ)/n
步骤5-2、假设某一束激光照射使得上述的n为最大值3，探测窗口编号为i-1,i,i+1，每个窗口探测面上光斑中心距离像面中心的水平偏移量分别为Δxi-1,Δxi,Δxi+1(i＝1时,i-1＝24)，选取水平偏移量最小的窗口作为俯仰探测主窗口，设单个窗口的编码为：
令三个窗口的编码为向量b：
b＝(Bi-1,Bi,Bi+1)
令三个窗口各自探测到的俯仰角构成向量β：
β＝(βi-1,βi,βi+1)
则来袭激光的俯仰角β为：
β＝bβ。
说明书
技术领域
本发明涉及激光定位领域，特别是一种全方位高精度激光定位方法。
背景技术
激光定位技术主要是通过激光光斑在探测器上的相对位置来反映目标的空间位置， 通过对探测器输出信号的处理得到光斑位置并以此确定目标位置信息。根据所使用的探 测器和信号处理方法的不同，可以得到如光斑形状、光斑能量中心位置、光斑运动轨迹 等信息。激光定位技术可以军用，如激光告警能够实时确定来袭激光的具体方位角和俯 仰角，将定位信息及时的反馈给军事人员，从而能够进行有效的防御，提高了作战人员 和重要军事目标的生存能力；激光定位也可以民用，如激光测角可以用于折弯制造工业， 能够精确的将物体折弯到需求的角度，也可以用于大型的隧道盾构施工中，隧道盾构施 工中盾构自动导向系统可全天候对盾构机姿态进行测量、控制、实时显示盾构机姿态， 具有人力投入小测量速度高等优点。
目前现存的一些激光定位系统存在探测范围小、分辨率低、定位精度不高等缺点， 并且这些激光定位器件常常使用电荷耦合器件CCD、位置敏感探测器PSD等作为主要 探测元器件，这些元器件或多或少存在一些不足，例如使用CCD探测，它的测量速度 相对而言比较慢并且驱动电路较复杂，且对背景光控制不好，容易产生噪声，制作成本 比较高，尤其是大面阵CCD；PSD则存在着边缘线性差，噪声较大和灵敏度不高等性 能方面的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全方位高精度激光定位方法，满足各种需要激光定位市 场的需求。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种全方位高精度激光定位方法，包括以下步 骤：
步骤1、将光学系统与四象限探测器按照像方截距l’进行装配，构建单个探测窗口；
步骤2、构建24个步骤1中的探测窗口，再将24个探测窗口均匀分布360°构成 激光定位系统；
步骤3、激光照射步骤2中的定位系统，根据探测窗口是否接收到激光能量且光斑 是否完整，对窗口编码为‘1’或‘0’，选出编码为‘1’的窗口序列，确定激光的方位；
步骤4、对步骤3中编码为‘1’的窗口，采用基于四象限探测器的高斯光斑的高精度 定位算法，得到M个窗口各自的方位角和俯仰角；
步骤5、对步骤4得到的M个方位角求平均则得到待测激光的方位角，选取M个 俯仰角中最大的俯仰角作为待测激光的俯仰角。
进一步地，步骤1所述光学系统的像方截距l’取值范围为7～9mm。
进一步地，步骤2中相邻两个探测窗口法线之间的夹角为15°。
进一步地，步骤3中对窗口编码具体为：
假设第i(1≤i≤24,i为整数)个探测窗口的编码数值Ai为：
则系统编码后向量a为：
a＝(A1,A2,A3,A4,……,A24)。
进一步地，步骤3确定激光的方位具体为：
以第一个探测窗口探测面的法线方向为0°，则第i个窗口探测面的法线对应的角度 为：
θi＝15×(i-1)(1≤i≤24)。
进一步地，步骤4所述采用基于四象限探测器的高斯光斑的高精度定位算法，得到 M个窗口各自的方位角和俯仰角，具体为：
步骤4-1、利用仿真方法模拟激光光斑在探测器光敏面上所有能够出现的位置，将 各个位置的光斑的中心偏移量和中心坐标的关系建立数据库；
步骤4-2、简化上述数据库，具体是将重复的数据删除；
步骤4-3、依据实际测到的光斑中心偏移量查找数据库，则得到激光光斑的中心坐 标(x0,y0)；
步骤4-4、根据下述公式求得待测激光的方位角和俯仰角：
其中，α为入射激光的方位角，β为俯仰角，l’为光学系统的像方截距。
进一步地，步骤5中M的取值范围为3～5。
进一步地，步骤5中激光的方位角和俯仰角具体计算过程如下：
步骤5-1、假设所有探测窗口以各自法线为0°探测的角度构成向量θ'，法线逆时 针旋转角度为负，顺时针为正：
θ'＝(θ′1,θ′2,θ′3,θ′4,……,θ′24)
则系统所有探测窗口探测到的方位角为向量θ：
θ＝(θ1+θ′1,θ2+θ′2,θ3+θ′3,θ4+θ′4……,θ24+θ′24)
设能探测到激光能量且像面光斑完整的相邻窗口数为n，则来袭激光的方位角α 为：
α＝(aθ)/n
步骤5-2、假设某一束激光照射使得上述的n为最大值3，探测窗口编号为 i-1,i,i+1，每个窗口探测面上光斑中心距离像面中心的水平偏移量分别为 Δxi-1,Δxi,Δxi+1(i＝1时,i-1＝24)，选取水平偏移量最小的窗口作为俯仰探测主窗口，设 单个窗口的编码为：
令三个窗口的编码为向量b：
b＝(Bi-1,Bi,Bi+1)
令三个窗口各自探测到的俯仰角构成向量β：
β＝(βi-1,βi,βi+1)
则来袭激光的俯仰角β为：
β＝bβ。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明能够实现全方位的激光定位； (2)本发明中激光定位所采用的器件为四象限探测器，其具有后续电路简单、灵敏度 高、响应度高等优点；(3)本发明中基于四象限探测器的高斯光斑的高精度定位算法， 定位精度非常高，精度能达0.1°；(4)针对激光定位在军事领域的应用如激光告警， 传统的激光告警只能测得某一个范围，所以只能进行撒网式的防御，而本发明激光定位 的方法可以获得一个精确角度，节省人力、物力和财力。
附图说明
图1是本发明全方位高精度激光定位方法流程图。
图2是本发明全方位高精度激光定位方法编码确定激光大致方位流程图。
图3是本发明全方位高精度激光定位方法中基于高斯光斑的高精度定位算法的流程 图。
图4是本发明全方位高精度激光定位方法中求取激光方位角和俯仰角的流程图。
图5是本发明全方位高精度激光定位方法中构建的激光定位系统图。
图6是本发明全方位高精度激光定位方法中激光定位实验图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
结合图1，本发明全方位高精度激光定位方法，包括以下步骤：
步骤1、将光学系统与四象限探测器按照像方截距l’进行装配，构建单个探测窗口， l’的取值范围为7～9mm；
步骤2、构建24个步骤1中的探测窗口，再将24个探测窗口均匀分布360°构成 激光定位系统，相邻两个探测窗口法线之间的夹角为15°；
步骤3、激光照射步骤2中的定位系统，根据探测窗口是否接收到激光能量且光斑 是否完整，对窗口编码为‘1’或‘0’，具体为：
假设第i(1≤i≤24,i为整数)个探测窗口的编码数值Ai为：
则系统编码后向量a为：
a＝(A1,A2,A3,A4,……,A24)。
选出编码为‘1’的窗口序列，确定激光的方位具体为：
以第一个探测窗口探测面的法线方向为0°，则第i个窗口探测面的法线对应的角度 为：
θi＝15×(i-1)(1≤i≤24)。
步骤4、结合图3，对步骤3中编码为‘1’的窗口，采用基于四象限探测器的高斯光 斑的高精度定位算法，得到3～5个窗口各自的方位角和俯仰角，具体为：
步骤4-1、利用仿真方法模拟激光光斑在探测器光敏面上所有能够出现的位置，将 各个位置的光斑的中心偏移量和中心坐标的关系建立数据库；
步骤4-2、简化上述数据库，具体是将重复的数据删除；
步骤4-3、依据实际测到的光斑中心偏移量查找数据库，则得到激光光斑的中心坐 标(x0,y0)；
步骤4-4、根据下述公式求得待测激光的方位角和俯仰角：
其中，α为入射激光的方位角，β为俯仰角，l’为光学系统的像方截距。
步骤5、结合图4，对步骤4得到的3～5个方位角求平均则得到待测激光的方位角， 选取3～5个俯仰角中最大的俯仰角作为待测激光的俯仰角，由此得到激光的具体方位， 具体计算过程如下：
步骤5-1、假设所有探测窗口以各自法线为0°探测的角度构成向量θ'，法线逆时 针旋转角度为负，顺时针为正：
θ'＝(θ′1,θ′2,θ′3,θ′4,……,θ′24)
则系统所有探测窗口探测到的方位角为向量θ：
θ＝(θ1+θ′1,θ2+θ′2,θ3+θ′3,θ4+θ′4……,θ24+θ′24)
设能探测到激光能量且像面光斑完整的相邻窗口数为n，则来袭激光的方位角α 为：
α＝(aθ)/n
步骤5-2、假设某一束激光照射使得上述的n为最大值3，探测窗口编号为 i-1,i,i+1，每个窗口探测面上光斑中心距离像面中心的水平偏移量分别为 Δxi-1,Δxi,Δxi+1(i＝1时,i-1＝24)，选取水平偏移量最小的窗口作为俯仰探测主窗口，设 单个窗口的编码为：
令三个窗口的编码为向量b：
b＝(Bi-1,Bi,Bi+1)
令三个窗口各自探测到的俯仰角构成向量β：
β＝(βi-1,βi,βi+1)
则来袭激光的俯仰角β为：
β＝bβ。
本发明中基于四象限探测器的高斯光斑的高精度定位算法，定位精度非常高，精度 能达0.1°。
下面结合实施例进行具体描述结合图5、图6：
(1)将设计好的光学系统与四象限探测器按照像方截距l’＝7.464mm装配；
(2)构建24个步骤1中的探测窗口，均匀分布360°构成激光定位系统；
(3)激光照射定位系统，根据探测窗口是否接收到激光能量且光斑是否完整，对 窗口编码为‘1’或‘0’，假设激光从正67°方向入射，则探测窗口4，5，6编码为‘1’，其 余均为‘0’，通过计算得到了激光的大致方位在60°～75°之间；
(4)对步骤3中编码为‘1’的窗口4，5，6采用基于四象限探测器的高斯光斑的高 精度定位算法，得到各自探测的方位角和俯仰角；
(5)对步骤4得到的3个方位角求平均则得到待测激光的方位角，选取其中最大 的俯仰角则为激光的俯仰角，由此得到激光的具体方位。
本发明方法简单、速度快、能够实现全方位且精度高，不仅可以应用在军事领域如 激光告警，也可以应用在民事领域如激光测角，满足各种需要激光定位的需求，有很好 的应用前景。
一种全方位高精度激光定位方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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