专利名称：空间测量定位系统的相关时间提取及特征时间计算方法
技术领域：
本发明涉及一种特征时间的提取及计算方法，对基于双旋转激光平面发射 机网络的空间定位系统中各发射机相关时间信号的提取方法以及特征时间的 计算方法。
背景技术：
为了获取与评价大型、超大型装备与系统制造过程中的几何特征尺寸、空 间位置信息，分析影响制造性能的各种因素，工业上经常会使用一些大尺寸的 测量手段。当前在国际上应用比较成熟的大尺寸测量技术主要包括光电经纬 仪、激光跟踪测量系统以及大视场视觉测量系统等。但是，这些技术都存在着 一些缺点，如激光跟踪测量系统需要人为的控制靶镜，不能对目标进行自动 识别和瞄准，测量效率低；光电经纬仪测量时需要人工对准，且在对准过程中 人为因素较大，容易对最终测量结果产生影响。
在大尺寸空间三维测量中，有一种基于双旋转激光平面发射机网络的空间 定位系统(见专利基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位方法。申请号: 200810150383.5)。它依靠转台发射机旋转头部的两个线性激光器不断向四周 空间发送激光信号，同时向计算机发送OZ脉冲信号，而后接收器接收到激光 信号并传送到计算机中进行处理，得到一组OZ脉冲时间序列与一组峰值时间 序列。此后系统需要提取出各发射机相关的时间信息，进而计算特征时间值。 特征时间是直接应用于此系统的坐标计算数学模型对待测点进行坐标测量计
算。因此，上述时间提取的正确性以及特征时间计算的精确度直接影响所述的 空间测量系统对于待测点坐标计算的准确度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种空间测量定位系统的 相关时间提取及特征时间计算方法，从而提高此系统的测量定位精度。可以准 确、有效的提取、计算出所述空间定位系统坐标计算所需要的特征时间值。
本发明的技术方案是这样实现的
本发明的实施步骤为
(1) 从基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位系统给定的所有OZ脉 冲的时间序列tz和所有峰值的时间序列t ,，提取出各发射机相关的OZ脉冲 时间tzk与激光峰值时间t峰值k。其中k为发射机编号；t峰值k包括发射机k上的 第一激光器和第二激光器照射到接收器产生的峰值位置时间。tzk和t離k序列 均按时间先后顺序排列，提取步骤如下a) 根据发射机的旋转速率"k (单位转/分)，计算出理论时间间隔《，
《=^;并设置时间数据编号U-1;
b) 搜索待提取的时间序列t,判断在[一、《-^y/，/W+《+^^]范園内是 否存在一个时间严，如果存在则进行步骤c)，否则进行步骤d)， t为待提取时 间序列，也就是所有OZ脉冲的时间序列tz或所有峰值的时间序列t一值，产、 产分别表示第u、 v个时间数据，thrd为用户给定的阀值， 一般取10-6~10—5S;
c) 搜索待提取的时间序列t，判断在[产+《+《+ AW]范围内是否 存在一个时间严，如果存在则记录下产、产和产)，否则进行步骤d)，产)表 示第w个时间数据；
d) 设置i^u+l，重复步骤b)、 c)直至遍历所有时间序列t;
(2) 依据tzk和t峰值k计算出特征时间"k与t2k:
a) 査找并判断位于两个OZ脉冲时间^，《+1)之间是否存在且仅存在两峰 值^k， ^fi，如果存在则进行步骤b),否则进行步骤c)。其中&表示第i个 OZ脉冲时间，表示第j个峰值位置时间；
b) 计算特征时间t!k和<formula>formula see original document page 6</formula>和々表示第
m个特征时间；
c) 设置i=i+l ，重复步骤a)、 b)直至遍历所有OZ脉冲时间tZk;
d)计算tlk和t2k标准差，
<formula>formula see original document page 6</formula>
表示特征时间的总数，々、f^表示第m个特征时间，f14、 ^表示特征时间 的平均值；
e) 依据3a准则去除粗大误差时间；
f) 重新计算特征时间平均值作为最终结果。
本发明由于对发射机相关信号时间值进行了二次相关间隔数据判断，从而 减少相关时间的误判率，提高了信号中与各发射机相关的时间提取的准确性。 此外，本发明中设计的特征时间计算方法能够有效计算出特征时间，并且增加 粗大误差判定提高最终结果的精确度。
图1是本发明所求取的特征时间示意图2是信号处理总流程图3是提取发射机相关时间值流程图4是特征时间计算流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明主要应用在基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位系统中。所
述的空间定位系统给本发明方法提供了一组OZ脉冲时间序列tz和一组峰值时 间序列t,，这两组时间序列包含了所有发射机相关的信号，需要通过本发明 方法从所述的时间序列提取出每个发射机相关的时间信息tzk和t ,k,进而计
算出特征时间ttk与t2k再提供给所述的空间定位系统应用于坐标计算模型，实
现对大型机械装备的制造及装配过程中大尺寸的几何和形位误差的测量以及 装配定位问题的解决。
参照图1所示，在两个OZ脉冲时间之间有两个峰值信号，分别是第一激 光器和第二激光器对应的激光平面a和激光平面e依次照射到接收器而产生 的两个峰值信号，这两个峰值信号的峰值位置时间分别是^^、 /,2i， ^为 OZ脉冲时间，、、Q为特征时间，^ V峰值""
参照图2所示，本发明的总体实施步骤如下 (1 )从基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位系统给定的OZ脉冲的 时间序列tz和峰值的时间序列t ，提取出各发射机相关的OZ脉冲时间tzk 以及激光峰值时间t峰值k。其中k为发射机编号；t峰值k包括发射机k上的第一 激光器和第二激光器照射到接收器产生的峰值位置时间。tzk和t峰值k序列均按 时间先后顺序排列。
(2)依据tzk和t峰值k计算出特征时间tik与t2k。
参照图3所示，各发射机相关时间的提取步骤如下
a) 根据发射机的旋转速率o)k (单位转/分)，计算出理论时间间隔《，
《=^ ;并设置时间数据编号u=l ，即表示从第一个时间数据处开始提取判断；
b) 由于发射机是按照固定的速率旋转，所以如果第u个时间数据与发射机 k相关，那么在时间间隔A处必然存在另一个时间数据值也与发射机k相关， 而如果不存在那么就说明第u个时间数据并非与发射机k相关。因此，这里进 行了待提取的时间序列t的搜索，判断在[严+《-^^严+《+AW]范围内是否 存在一个时间产，如果存在则进行步骤C)，否则进行步骤d)， t为待提取时间
序列，也就是所有OZ脉冲的时间序列tz或所有峰值的时间序列t峰值，严、" 分别表示第u、 v个时间数据，thrd为用户给定的阀值， 一般取l(T6~l(T5s，阀 值的给定是考虑到时间信号采集时出现的微小误差波动，目的是减少时间提取 时产生错漏的概率；
c) 搜索待提取的时间序列t，判断在[产+《-^^,)+《+// ^]范围内是否 存在一个时间产、如果存在则记录下,"、产和产、否则进行步骤d)， ,w表 示第w个时间数据。这是为了减少时间提取时的误判率，这里规定了只有在 两次经过时间间隔《处都存在时间数据值，才能说明得到的时间与某一发射机 k相关；
d) 设置u=u+l，重复步骤b)、 c)直至遍历所有时间序列t，找到所有相关 时间；
参照图4所示，特征时间计算步骤如下
a) 查找并判断位于两个OZ脉冲时间&,々"之间是否存在且仅存在两峰 值《k， ^S，如果存在则进行步骤b);而如果查找到少于两个或两个以上的 峰值时间数据，说明峰值时间数据或OZ脉冲时间数据中有错误数据存在，那 么就取消对这些数据进行的计算而进行步骤c)。其中《)表示第i个OZ脉冲时
间，^k表示第J个峰值位置时间；
b) 计算特征时间t化和t2k， A(r)=《k-4 ， &)=《S-42， ^)和^)表示第 m个特征时间；
c) 设置i=i+l ，重复步骤a)、 b)直至遍历所有OZ脉冲时间tZk;
d)计算tnc和t2k标准差， -<formula>formula see original document page 8</formula>
表示特征时间的总数，々)、^)表示第m个特征时间，,；、^表示特征时间的
平均值；
e) 依据3a准则去除粗大误差时间，即计算得到的特征时间与其平均值之 间的差值绝对值大于3倍标准差时，这个特征时间数据就作为粗大误差予以去 除；
f) 完成了对粗大误差时间的去除后，重新计算特征时间平均值作为最终结果。
这些特征时间将提供给所述的空间定位系统。这样空间定位系统便可以 将这些特征时间应用于系统建立起的坐标计算模型中对待测点进行坐标值，从 而使所述的空间定位系统能够完成机械构件几何尺寸、形位误差的测量以及装 配时各个部件的定位工作。
权利要求
1.空间测量定位系统的相关时间提取及特征时间计算方法，其特征在于(1)从基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位系统给定的所有OZ脉冲的时间序列tZ和所有峰值的时间序列t峰值，提取出各发射机相关的OZ脉冲时间tZk以及激光峰值时间t峰值k，其中k为发射机编号；t峰值k包括发射机k上的第一激光器和第二激光器照射到接收器产生的峰值位置时间。tZk和t峰值k序列均按时间先后顺序排列，提取步骤如下a)根据发射机的旋转速率ωk，单位转/分，计算出理论时间间隔dk，并设置时间数据编号u＝1；b)搜索待提取的时间序列t，判断在[t(u)+dk-thrd，t(u)+dk+thrd]范围内是否存在一个时间t(v)，如果存在则进行步骤c)，否则进行步骤d)，t为待提取时间序列，也就是所有OZ脉冲的时间序列tz或所有峰值的时间序列t峰值，t(u)、t(v)分别表示第u、v个时间数据，thrd为用户给定的阀值，一般取10-6～10-5s；c)搜索待提取的时间序列t，判断在[t(v)+dk-thrd，t(v)+dk+thrd]范围内是否存在一个时间t(w)，如果存在则记录下t(u)、t(v)和t(w)，否则进行步骤d)，t(w)表示第w个时间数据；d)设置u＝u+1，重复步骤b)、c)直至遍历所有时间序列t；(2)依据tZk和t峰值k计算出特征时间t1k与t2ka)查找并判断位于两个OZ脉冲时间之间是否存在且仅存在两峰值如果存在则进行步骤b)，否则进行步骤c)，其中表示第i个OZ脉冲时间，表示第j个峰值位置时间；b)计算特征时间t1k和t2k，和表示第m个特征时间；c)设置i＝i+1，重复步骤a)、b)直至遍历所有OZ脉冲时间tZk；d)计算特征时间t1k和t2k标准差，n1、n2表示特征时间的总数，表示第m个特征时间，<overscore>t</overscore>1k、<overscore>t</overscore>2k表示特征时间的平均值；e)依据3σ准则去除粗大误差时间；f)重新计算特征时间平均值作为最终结果。
全文摘要
本发明提出了一种对基于双旋转激光平面发射机网络的空间定位系统中相关时间信号的处理方法以及特征时间的计算方法，解决了双旋转激光平面多发射机网络空间测量定位系统时间信号分辨以及特征时间计算的问题。本发明的步骤为首先，提取各发射机相关时间信息计算时间间隔d<sub>k</sub>，设定u＝1；搜索并判定在t<sup>(u)</sup>+d<sup>k</sup>周围是否存在一时间值t<sup>(v)</sup>；搜索并判定在t<sup>(v)</sup>+d<sub>k</sub>周围是否存在一时间值t<sup>(w)</sup>，记录下t<sup>(u)</sup>、t<sup>(v)</sup>和t<sup>(w)</sup>；设置u＝u+1，重复步骤b)、c)直至遍历所有时间序列。其次，特征时间计算查找并计算在两个连续OZ脉冲时间内是否存在且仅存在两个峰值时间；计算特征时间；计算特征时间序列标准差去除粗大误差；计算特征时间序列平均值作为最终结果。
文档编号G01B11/00GK101373130SQ20081023170
公开日2009年2月25日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者刘中正, 刘志刚, 刘显军, 吴剑伟, 王民刚, 许耀中 申请人:西安交通大学
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