本发明公开了一种微波暗室内三维姿态定位方法及系统，包括：利用激光跟踪仪确定微波暗室的基准点；以基准点为原点，铅垂向上方向为Z轴正向，预设方向为Y轴正向建立直角坐标系；在Z轴正向与顶端交点处放置竖直十字线激光发射器，在X轴正向与侧面交点处放置水平十字线激光发射器；确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射光投影经过地面特征点，将该投影标记为竖直定位线；利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射光的侧面投影，将该投影标记为水平定位线；通过竖直定位线与水平定位线对目标的三维姿态进行定位。本发明能够实现目标在横滚、俯仰、偏航三个维度的精确定位。
1.一种微波暗室内三维姿态定位方法，其特征在于，包括步骤：
S1.根据预设的基准点选取规则，利用激光跟踪仪确定微波暗室的基准点；
S2.以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，根据预设的纵轴选取规则确定的方向为Y轴正向建立三维直角坐标系；
S3.将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点；在竖直参考点设置竖直十字线激光发射器，在水平参考点设置水平十字线激光发射器；
S4.在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点，将该投影标记为竖直定位线；利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影，将该投影标记为水平定位线；
S5.通过竖直定位线与水平定位线对目标的三维姿态进行定位；
其中，所述在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点具体为：将三维直角坐标系中的(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点、(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点作为地面特征点；调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的两条投影线之一经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，另一经过(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点；其中，h为基准点到地面的高度，r为预设距离，r<(R02-h2)1/2；
所述利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影具体为：调整水平十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影之一在地面的延伸线经过(r，0，-h)点、(-r，
0，-h)点；调整水平十字线激光发射器的俯仰角，使水平十字线激光发射器的中心指向基准点；获取此时的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微波暗室为圆柱连接半球的形状；以及步骤S1具体为：利用激光跟踪仪采样测量微波暗室圆柱面上离散点的位置信息，对所述位置信息进行拟合处理，得到圆柱面中心点的位置信息及圆柱面半径，将该中心点作为微波暗室的基准点。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2具体为：
以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，圆柱轴线指向微波暗室出入口的方向为Y轴正向，按照右手定则建立三维直角坐标系。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点具体为：将三维直角坐标系中的(0，0，R0)点标记为竖直参考点，将(R0，0，0)点标记为水平参考点；其中，R0为圆柱面半径。
5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，步骤S5具体为：
调整目标的三维姿态，使目标表面的标线与竖直定位线和/或水平定位线对齐，实现目标三维姿态的定位。
6.一种微波暗室内三维姿态定位系统，其特征在于，所述微波暗室为圆柱连接半球的形状；以及所述系统包括：激光跟踪仪，用于采样测量微波暗室圆柱面上离散点的位置信息，对所述位置信息进行拟合处理，得到圆柱面中心点的位置信息及圆柱面半径，将该中心点作为微波暗室的基准点；
坐标系建立单元，用于以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，圆柱轴线指向微波暗室出入口的方向为Y轴正向，按照右手定则建立三维直角坐标系；
参考点确定单元，用于将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点；
竖直十字线激光发射器，设置于竖直参考点，向地面发射激光；
水平十字线激光发射器，设置于水平参考点，向微波暗室侧面发射激光；
定位线标记单元，用于在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点，将该投影标记为竖直定位线；利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影，将该投影标记为水平定位线；
目标姿态定位单元，用于调整目标的三维姿态，使目标表面的标线与竖直定位线和/或水平定位线对齐，实现目标三维姿态的定位；
竖直定位线标记单元，用于将三维直角坐标系中的(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点、(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点作为地面特征点；调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的两条投影线之一经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，另一经过(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点；将此时激光十字线在地面的两条投影标记为竖直定位线；
水平定位线标记单元，用于调整水平十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影之一在地面的延伸线经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点；调整水平十字线激光发射器的俯仰角，使水平十字线激光发射器的中心指向基准点；获取此时的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影，并将该两条投影标记为水平定位线；其中，h为基准点到地面的高度，r为预设距离，r<(R02-h2)1/2。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述参考点确定单元包括：
竖直参考点确定单元，用于将三维直角坐标系中的(0，0，R0)点标记为竖直参考点；
水平参考点确定单元，用于将三维直角坐标系中的(R0，0，0)点标记为水平参考点；其中，R0为圆柱面半径。
微波暗室内三维姿态定位方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电磁散射测量领域，尤其涉及一种微波暗室内三维姿态定位方法及系统。
背景技术
[0002] 在微波暗室中对目标进行RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面)测量时，需要对目标的姿态、方位进行定位，以保证测试结果准确有效。在传统的矩形暗室中，来波方向和转台位置都是确定的，目标仅在一维转台上作旋转运动。因此，即便目标实际中心与转台中心发生较小偏离，只要保证目标整体处在暗室静区范围内且姿态准确，对目标的RCS测量结果就不会有较大影响。因此，目前微波暗室中一般仅在目标区正上方竖直方向设置一台点激光发射器用于目标姿态对准。但对于一些具有特殊结构、功能和用途的微波暗室，出于测量精度的考虑，则需要对目标的姿态在横滚、俯仰、偏航三个维度上进行精确控制和定位，仅仅通过一个点激光发射器确定目标旋转中心的水平方位是远远不够的。
[0003] 因此，亟需一种能够在在横滚、俯仰、偏航三个维度上进行精确定位的微波暗室内三维姿态定位方法及系统，以解决上述问题。
发明内容
[0004] 本发明利用激光跟踪仪、十字线激光发射器实现对目标的方位基准点和横滚、俯仰、偏航三个维度定位线的准确标记，以此定位目标的三维姿态。
[0005] 本发明一方面提供微波暗室内三维姿态定位方法，包括步骤：
[0006] S1.根据预设的基准点选取规则，利用激光跟踪仪确定微波暗室的基准点；
[0007] S2.以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，根据预设的纵轴选取规则确定的方向为Y轴正向建立三维直角坐标系；
[0008] S3.将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点；在竖直参考点设置竖直十字线激光发射器，在水平参考点设置水平十字线激光发射器；
[0009] S4.在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点，将该投影标记为竖直定位线；利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影，将该投影标记为水平定位线；
[0010] S5.通过竖直定位线与水平定位线对目标的三维姿态进行定位。
[0011] 优选的，所述微波暗室为圆柱连接半球的形状；以及步骤S1具体为：利用激光跟踪仪采样测量微波暗室圆柱面上离散点的位置信息，对所述位置信息进行拟合处理，得到圆柱面中心点的位置信息及圆柱面半径，将该中心点作为微波暗室的基准点。
[0012] 优选的，步骤S2具体为：以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，圆柱轴线指向微波暗室出入口的方向为Y轴正向，按照右手定则建立三维直角坐标系。
[0013] 优选的，所述将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点具体为：将三维直角坐标系中的(0，0，R0)点标记为竖直参考点，将(R0，0，0)点标记为水平参考点；其中，R0为圆柱面半径。
[0014] 优选的，所述在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点具体为：将三维直角坐标系中的(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点、(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点作为地面特征点；调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的两条投影线之一经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，另一经过2 2 1/2
(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点；其中，h为基准点到地面的高度，r为预设距离，r<(R0-h) 。
[0015] 优选的，所述利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影具体为：调整水平十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影之一在地面的延伸线经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点；调整水平十字线激光发射器的俯仰角，使水平十字线激光发射器的中心指向基准点；获取此时的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影。
[0016] 优选的，步骤S5具体为：调整目标的三维姿态，使目标表面的标线与竖直定位线和/或水平定位线对齐，实现目标三维姿态的定位。
[0017] 本发明另一方面提供一种微波暗室内三维姿态定位系统，所述微波暗室为圆柱连接半球的形状；以及所述系统包括：
[0018] 激光跟踪仪，用于采样测量微波暗室圆柱面上离散点的位置信息，对所述位置信息进行拟合处理，得到圆柱面中心点的位置信息及圆柱面半径，将该中心点作为微波暗室的基准点；
[0019] 坐标系建立单元，用于以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，圆柱轴线指向微波暗室出入口的方向为Y轴正向，按照右手定则建立三维直角坐标系；
[0020] 参考点确定单元，用于将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点；
[0021] 竖直十字线激光发射器，设置于竖直参考点，向地面发射激光；
[0022] 竖直十字线激光发射器，设置于水平参考点，向微波暗室侧面发射激光；
[0023] 定位线标记单元，用于在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点，将该投影标记为竖直定位线；利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影，将该投影标记为水平定位线；
[0024] 目标姿态定位单元，用于调整目标的三维姿态，使目标表面的标线与竖直定位线和/或水平定位线对齐，实现目标三维姿态的定位。
[0025] 优选的，所述参考点确定单元包括：
[0026] 竖直参考点确定单元，用于将三维直角坐标系中的(0，0，R0)点标记为竖直参考点；
[0027] 水平参考点确定单元，用于将三维直角坐标系中的(R0，0，0)点标记为水平参考点；其中，R0为圆柱面半径。
[0028] 优选的，所述定位线标记单元包括：
[0029] 竖直定位线标记单元，用于将三维直角坐标系中的(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点、(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点作为地面特征点；调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的两条投影线之一经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，另一经过(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点；将此时激光十字线在地面的两条投影标记为竖直定位线；
[0030] 水平定位线标记单元，用于调整水平十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影之一在地面的延伸线经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点；调整水平十字线激光发射器的俯仰角，使水平十字线激光发射器的中心指向基准点；获取此时的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影，并将该两条投影标记
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为水平定位线；其中，h为基准点到地面的高度，r为预设距离，r<(R0-h) 。
[0031] 由上述技术方案可知，本发明通过对微波暗室内目标方位基准点和横滚、俯仰、偏航三个维度定位线的准确标记，实现了目标三维姿态的精确定位，在大大提高目标摆放精度的同时，缩短了姿态调整时间，提高了测试效率。
附图说明
[0032] 图1是本发明的微波暗室内三维姿态定位方法示意图；
[0033] 图2是本发明实施例的十字线激光发射器投影示意图；
[0034] 图3是本发明的微波暗室内三维姿态定位系统示意图。
具体实施方式
[0035] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
[0036] 本发明的发明人考虑到现有的基于点激光发射器的微波暗室定位方法无法在横滚、俯仰、偏航三个维度上进行控制和定位，难以用于一些具有特殊结构、功能和用途的微波暗室，故采用十字线激光发射器代替单点激光发射器以提供除方位参考信息之外的姿态参考信息。
[0037] 本发明首先使用激光跟踪仪确定方位基准点的空间位置，然后确定基准点在暗室顶部铅垂方向的投影点和垂直于侧墙水平方向的投影点，此两点即分别为竖直参考点和水平参考点。在两个参考点处各放置一台十字线激光发射器，通过调整使其中心对准基准点，且激光线的投影互相垂直或者重合。这样，通过两组十字线激光发射器，在标识基准点位置的同时，也投影出以基准点为原点的直角坐标系的三个轴。利用这些信息，测试人员在摆放目标时便可对其姿态进行精确调整。
[0038] 图1示出了本发明的微波暗室内三维姿态定位方法，参见图1，三维姿态定位方法按照如下步骤执行：
[0039] 首先，在步骤S1中，根据预设的基准点选取规则，利用激光跟踪仪确定微波暗室的基准点。上述基准点选取规则根据具体应用环境确定。
[0040] 在本发明优选实施例中，微波暗室具有圆柱连接半球的形状。
[0041] 应用于具有圆柱连接半球形状的微波暗室，作为一个优选方案，步骤S1具体为：利用激光跟踪仪采样测量微波暗室圆柱面上离散点的位置信息，对位置信息进行拟合处理，得到圆柱面中心点的位置信息及圆柱面半径，将该中心点作为微波暗室的基准点。
[0042] 接着，在步骤S2中，以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，根据预设的纵轴选取规则确定的方向为Y轴正向建立三维直角坐标系。
[0043] 较佳地，在本发明的实施例中，步骤S2具体为：基于激光跟踪仪，以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，圆柱轴线指向微波暗室出入口的方向为Y轴正向，按照右手定则建立三维直角坐标系。
[0044] 接下来，在步骤S3中，将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点。在竖直参考点设置竖直十字线激光发射器，在水平参考点设置水平十字线激光发射器。
[0045] 对于圆柱连接半球形状的微波暗室，较佳地，利用激光跟踪仪，将三维直角坐标系中的(0，0，R0)点标记为竖直参考点，将(R0，0，0)点标记为水平参考点，R0为圆柱面半径或导轨半径。
[0046] 接着，在步骤S4中，在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点，将该投影标记为竖直定位线。利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影，将该投影标记为水平定位线。这样，通过两组十字线激光发射器，在地面及侧面标记出以基准点为原点的直角坐标系的三个轴，利用这些信息，测试人员在摆放目标时便可对其姿态进行精确调整。
[0047] 在本发明优选实施例中，步骤S4具体为：将三维直角坐标系中的(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点、(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点作为地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的两条投影线之一经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，另一经过(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点，将该投影永久标记为竖直定位线。上述h为基准点到地面的高度，r为地面预设距离，r<(R02-h2)1/2。调整水平十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影之一在地面的延伸线经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，调整水平十字线激光发射器的俯仰角，使水平十字线激光发射器的中心指向基准点，获取此时的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影，将该投影永久标记为水平定位线。
[0048] 这样，通过设置十字线激光发射器、选取地面特征点，本发明将横滚、俯仰、偏航三个维度的坐标轴永久标记于微波暗室地面及侧面，利用对目标三维姿态进行精确定位。
[0049] 图2是十字线激光发射器投影示意图。在图2中，1为基准点，2为竖直参考点，3为水平参考点，4为竖直十字线激光发射器，5为水平十字线激光发射器，6为竖直定位线，7为水平定位线。
[0050] 接着，在步骤S5中，通过竖直定位线与水平定位线对目标的三维姿态进行定位。较佳地，步骤S5具体为：调整目标的三维姿态，使目标表面的标线与竖直定位线和/或水平定位线对齐，实现目标三维姿态的定位。
[0051] 通过以上步骤，本发明利用激光跟踪仪、十字线激光发射器实现了对方位基准点和横滚、俯仰、偏航三个维度定位线的准确标记，能够对目标的三维姿态进行精确定位。
[0052] 图3示出了本发明的微波暗室内三维姿态定位系统，参见图3，三维姿态定位系统应用于圆柱连接半球形状的微波暗室，其包括：激光跟踪仪101、坐标系建立单元102、参考点确定单元103、竖直十字线激光发射器106、水平十字线激光发射器107、定位线标记单元104与目标姿态定位单元105。以下对各部分进行具体介绍：
[0053] 激光跟踪仪101，用于采样测量微波暗室圆柱面上离散点的位置信息，对位置信息进行拟合处理，得到圆柱面中心点的位置信息及圆柱面半径，将该中心点作为微波暗室的基准点。
[0054] 坐标系建立单元102，用于以基准点为原点，基准点铅垂向上方向为Z轴正向，圆柱轴线指向微波暗室出入口的方向为Y轴正向，按照右手定则建立三维直角坐标系。
[0055] 参考点确定单元103，用于将Z轴正向与微波暗室顶端的交点标记为竖直参考点，将X轴正向与微波暗室侧面的交点标记为水平参考点。
[0056] 竖直十字线激光发射器106，设置于竖直参考点，向地面发射激光。
[0057] 水平十字线激光发射器107，设置于水平参考点，向微波暗室侧面发射激光。
[0058] 定位线标记单元104，用于在微波暗室地面确定地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的投影经过地面特征点，将该投影标记为竖直定位线；利用地面特征点调整水平十字线激光发射器，获取其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的投影，将该投影标记为水平定位线。
[0059] 目标姿态定位单元105，用于调整目标的三维姿态，使目标表面的标线与竖直定位线和/或水平定位线对齐，实现目标三维姿态的定位。
[0060] 较佳地，在本发明实施例中，参考点确定单元103包括竖直参考点确定单元、水平参考点确定单元。竖直参考点确定单元用于将三维直角坐标系中的(0，0，R0)点标记为竖直参考点。水平参考点确定单元用于将三维直角坐标系中的(R0，0，0)点标记为水平参考点。R0为圆柱面半径。
[0061] 作为一个优选方案，定位线标记单元104包括竖直定位线标记单元、水平定位线标记单元。
[0062] 竖直定位线标记单元，用于将三维直角坐标系中的(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点、(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点作为地面特征点，调整竖直十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在地面的两条投影线之一经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，另一经过(0，r，-h)点、(0，-r，-h)点，将此时激光十字线在地面的两条投影标记为竖直定位线。
[0063] 水平定位线标记单元，用于调整水平十字线激光发射器，使其发射的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影之一在地面的延伸线经过(r，0，-h)点、(-r，0，-h)点，调整水平十字线激光发射器的俯仰角，使水平十字线激光发射器的中心指向基准点，获取此时的激光十字线在处于X轴负向的微波暗室侧面的两条投影，并将该两条投影标记为水平定位线。
[0064] 上述h为基准点到地面的高度，r为预设距离，r<(R02-h2)1/2。
[0065] 本发明提供的微波暗室内三维姿态定位方法及系统通过对微波暗室内目标方位基准点和横滚、俯仰、偏航三个维度定位线的准确标记，实现了目标三维姿态的精确定位，在大大提高目标摆放精度的同时，缩短了姿态调整时间，提高了测试效率。
[0066] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
[0067] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
