1.一种激光跟踪姿态角测量系统,其特征在于,包括:合作目标、单目视觉测量单元、激光跟踪测量单元以及计算单元;其中,所述合作目标固定设置在被测物上,所述单目视觉测量单元和所述激光跟踪测量单元分别固定设置在预设位置;所述合作目标包括二维PSD模块、角锥棱镜以及多个特征靶标;
所述二维PSD模块包括二维PSD和数据处理子模块,所述角锥棱镜的透光面与所述二维PSD的感光面平行,且所述角锥棱镜的顶点与所述二维PSD的感光面相距预设距离设置,所述角锥棱镜的顶点处开有透光孔,所述激光跟踪测量单元发射的激光束经所述角锥棱镜的透光面后再通过所述透光孔打在所述二维PSD的感光面上形成光斑,所述多个特征靶标的数量不少于6个,所述多个特征靶标中有至少3个第一特征靶标,且所述至少3个第一特征靶标对应的靶标点构成的平面与所述二维PSD的感光面平行;
所述数据处理子模块用于获取所述光斑在第一坐标系中的坐标;其中,所述第一坐标系为处在所述二维PSD的感光面上的二维坐标系;
所述单目视觉测量单元用于通过所述多个特征靶标获取所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度;其中,所述第二坐标系为原点与所述角锥棱镜的顶点重合的三维坐标系,且所述第二坐标系的Z轴通过所述第一坐标系的原点,所述第二坐标系的Z轴垂直于所述二维PSD的感光面;
所述激光跟踪测量单元用于获取所述角锥棱镜的顶点在第三坐标系中的坐标;其中,所述第三坐标系为所述激光跟踪测量单元的测量坐标系;
所述计算单元用于根据所述光斑在第一坐标系中的坐标和所述预设距离,获取所述光斑在所述第二坐标系中的坐标;根据所述角锥棱镜的顶点在第三坐标系中的坐标,获取所述激光束在所述第三坐标系中对应的第一空间向量,根据所述光斑在所述第二坐标系中的坐标,获取所述激光束在所述第二坐标系中对应的第二空间向量;根据所述第一空间向量、所述第二空间向量以及所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度,获取所述合作目标在所述第三坐标系的姿态角,即得到所述被测物的姿态角。
2.根据权利要求1所述激光跟踪姿态角测量系统,其特征在于,所述激光跟踪测量单元为激光跟踪仪或全站仪,所述单目视觉测量单元中的相机为CCD相机。
3.根据权利要求1所述激光跟踪姿态角测量系统,其特征在于,在所述透光孔靠近所述二维PSD的一侧设置有圆形光阑。
4.根据权利要求1所述激光跟踪姿态角测量系统,其特征在于,在所述二维PSD感光面上设置有滤光片。
5.根据权利要求1所述激光跟踪姿态角测量系统,其特征在于,所述多个特征靶标的数量至少为6个,且每个特征靶标由强反射材料或红外LED制成。
6.一种利用权利要求1-5中任一项所述激光跟踪姿态角测量系统进行姿态角测量的方法,其特征在于,包括:将所述合作目标固定设置在被测物上,并将所述单目视觉测量单元和所述激光跟踪测量单元分别固定设置在预设位置;
利用所述数据处理子模块获取所述光斑在第一坐标系中的坐标,利用所述单目视觉测量单元通过所述多个特征靶标获取所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度,利用所述激光跟踪测量单元获取所述角锥棱镜的顶点在第三坐标系中的坐标;
根据所述光斑在第一坐标系中的坐标和所述预设距离,获取所述光斑在所述第二坐标系中的坐标;
根据所述角锥棱镜的顶点在第三坐标系中的坐标,获取所述激光束在所述第三坐标系中对应的第一空间向量,根据所述光斑在所述第二坐标系中的坐标,获取所述激光束在所述第二坐标系中对应的第二空间向量;
根据所述第一空间向量、所述第二空间向量以及所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度,获取所述合作目标在所述第三坐标系的姿态角,即得到所述被测物的姿态角。
7.根据权利要求6所述方法,其特征在于,所述利用所述单目视觉测量单元通过所述多个特征靶标获取所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度,具体包括:在进行姿态角测量前,利用所述单目视觉单元的相机采集所述合作目标在水平状态下所述多个特征靶标的第一图像,在进行姿态角测量时,利用所述单目视觉单元的相机采集所述多个特征靶标的第二图像;
利用预设图像处理算法分别对所述第一图像和所述第二图像进行处理,得到所述多个特征靶标对应的第一姿态信息和第二姿态信息;
比较所述第一姿态信息和所述第二姿态信息,得到所述合作目标在所述第二坐标系中的滚动角度。
8.根据权利要求6所述方法,其特征在于,所述根据所述光斑在第一坐标系中的坐标和所述预设距离,获取所述光斑在所述第二坐标系中的坐标,具体包括:将所述光斑在所述第一坐标系中的横坐标和纵坐标,分别作为所述光斑在所述第二坐标系中的横坐标和纵坐标,将所述预设距离作为所述光斑的Z轴坐标,即得到所述光斑在所述第二坐标系中的坐标。
9.根据权利要求6所述方法,其特征在于,所述根据所述角锥棱镜的顶点在第三坐标系中的坐标,获取所述激光束在所述第三坐标系中对应的第一空间向量,根据所述光斑在所述第二坐标系中的坐标,获取所述激光束在所述第二坐标系中对应的第二空间向量,具体包括:将所述第三坐标系的原点作为起点,所述角锥棱镜的顶点作为终点,获取所述第一空间向量;将所述第二坐标系的原点作为起点,所述光斑作为终点,获取所述第二空间向量。
10.根据权利要求6所述方法,其特征在于,所述根据所述第一空间向量、所述第二空间向量以及所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度,获取所述合作目标在所述第三坐标系的姿态角,具体包括:对所述第一空间向量和所述第二空间向量分别进行归一化处理,得到第一单位向量和第二单位向量;
根据所述第一单位向量和所述第二单位向量之间的欧拉变换公式和所述合作目标在第二坐标系中的滚动角度,获取所述第二坐标系相对于所述第三坐标系的姿态角,即得到所述合作目标在所述第三坐标系中的姿态角。