激光平面扫描角测量原理及应用

系统硬件主要由两个（或以上）发射站和接收器组成，将接收器安放在被测物上，可随时接收每个发射站的两束旋转平面激光和同步光信号，即时获得激光平面扫描时间，分别计算转换为自身相对于各站的方位信息，由前方交汇原理测出接收器点坐标。其测量原理与传统交汇测量仪器类似，所不同的是其单站自动化快速测角方式。

图1 发射站结构图 a）示意图 b）实物图 Fig.1 Structure of transmitter a）Schematic diagram b）Implementation

发射站的结构示意图如图1a所示，实物图如图1b所示。发射站由两大部分组成：固定基座和转台。其中固定基座安置了电源、电动机及其控制器和同步光发射模块（脉冲激光器及其驱动），电动机通过轴系与转台连接并带动其均匀转动；转台上主要固定了两个成90°夹角水平放置的发射可见平面激光的激光器，它由无线供电模块实现供电并使其发出的两束激光平面与转轴夹角大约为30°，两光平面夹角约为60°。

图2 光平面扫描角 Fig.2 Scanning angles of laser plane

基于以上结构，单个基站的测角原理如下：发射站工作时，电动机带动转台高速旋转，至每转的某一位置时触发同步光，此时接收器接收同步光信号，记录该时刻作为初始时刻t₀，则此时平面激光的位置为初始位置（当发射站固定时，初始位置不变）。而当两激光平面扫过接收器时，同样记录下两个时刻t₁和t₂。如图2所示，结合转速ω从而获得激光平面扫描角θ₁和θ₂：(www.xing528.com)

发射站测角原理如下：首先建立发射站坐标系，如图3所示，以两光平面与转轴交点为原点，转轴为Z轴，以初始位置光平面1与XOY交线为X轴，再由右手法则确定Y轴。结合两光平面与XOY交线夹角θ_off，以及图2中所示的两平面与转轴夹角φ₁和φ₂，推导出水平垂直角公式：

式中，水平角Az为发射站原点与接收器连线a在XOY投影线与X轴夹角；垂直角El为。与XOY夹角。

至此，接收器相对于单个基站的方位信息已获得。确定发射基站之间的空间关系后，即可将各基站的角度测量信息统一，根据交汇测量原理即可实现接收器坐标测量，经传递实现被测物点位置的测量。

图3 发射站坐标系 Fig.3 Coordinate system of transmitter