运动物体角位移与角速度的测量方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114966085A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210630866.5(22)申请日2022.06.06(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人韩凯来文昌孟琪雷国忠王彦崔文达(74)专利代理机构长沙国科天河知识产权代理有限公司43225专利代理师周达(51)Int.Cl.G01P3/36(2006.01)G01S17/58(2006.01)G01B11/26(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图4页(54)发明名称运动物体角位移与角速度的测量方法及系统(57)摘要本发明提供一种运动物体角位移与角速度的测量方法及系统，包括：生成满足泽尼克多项式分布的第一图案；将第一图案根据其实部和虚部进行拆分，得到第一图案的实部图案和虚部图案；根据实部图案和虚部图案中正数元素、负数元素及其分布位置，将实部图案和虚部图案分别拆分为两幅调制图案；将拆分得到的四幅调制图案依次加载到空间光调制器上；由空间光调制器对光源发出的激光进行强度调制，将调制后的激光投射到旋转运动目标物体上；采集不同时刻从目标物体反射的回光强度信号；基于不同时刻的回光强度信号以及调制图案，计算得到旋转运动目标物体的角位移和角速度。本发明可实现角位移和角速度的非接触式光学测量，可实现远距离快速测量。CN114966085ACN114966085A权利要求书1/2页1.一种运动物体角位移与角速度的测量方法，其特征在于，包括：生成满足泽尼克多项式分布的第一图案；将第一图案根据其实部和虚部进行拆分，得到第一图案的实部图案和虚部图案；根据实部图案和虚部图案中正数元素、负数元素及其分布位置，将实部图案和虚部图案分别拆分为两幅调制图案；将拆分得到的四幅调制图案依次加载到空间光调制器上；空间光调制器对光源发出的激光进行强度调制，将调制后的激光投射到旋转运动目标物体上；采集不同时刻从旋转运动目标物体反射的回光强度信号；基于所述不同时刻的回光强度信号以及所述调制图案，计算得到旋转运动目标物体的角位移和角速度。2.根据权利要求1所述的运动物体角位移与角速度的测量方法，其特征在于，将实部图案和虚部图案分别拆分为两幅调制图案，包括：由实部图案拆分出的一幅调制图案保留实部图案中的正数元素，其余元素均取零，由实部图案拆分出的另一幅调制图案将实部图案中的非负数元素所在位置均取零，其余负数元素所在位置取该负数元素的绝对值；由虚部图案拆分出的一幅调制图案保留虚部图案中的正数元素，其余元素均取零，由虚部图案拆分出的另一幅调制图案将虚部图案中的非负数元素所在位置均取零，其余负数元素所在位置取该负数元素的绝对值。3.根据权利要求2所述的运动物体角位移与角速度的测量方法，其特征在于，所述第一图案表达式如下：其中r、θ分别为极坐标系下的径向坐标和角向坐标，m、n分别为泽尼克多项式的角向和径向阶数，Gm(θ)分别是泽尼克多项式的径向和角向分量。4.根据权利要求3所述的运动物体角位移与角速度的测量方法，其特征在于，Gm(θ)的表达式为：Gm(θ)＝eimθ。5.根据权利要求3或4所述的运动物体角位移与角速度的测量方法，其特征在于，由第一图案的实部图案拆分出的两幅调制图案分别为和由第一图案的虚部图案拆分出的两幅调制图案分别为和将四幅调制图案和依次加载到空间光调制器上，由空间光调制器对光源发出的激光进行强度调制。6.根据权利要求5所述的运动物体角位移与角速度的测量方法，其特征在于，基于所述2CN114966085A权利要求书2/2页不同时刻的回光强度信号以及所述调制图案，计算得到旋转运动目标物体的角位移和角速度，包括：在t1时刻，满足和分布的激光依次投射到到旋转运动目标物体上，产生的回光强度分别为在t2时刻，满足和分布的激光依次投射到到旋转运动目标物体上，产生的回光强度分别为从t1时刻到t2时刻，目标物体旋转过的角位移为：目标物体旋转角速度为：7.根据权利要求1所述的运动物体角位移与角速度的测量方法，其特征在于，利用单像素光电探测器采集不同时刻从旋转运动目标物体反射的回光强度信号。8.一种运动物体角位移与角速度的测量系统，其特征在于，包括：调制图案生成模块，用于生成满足泽尼克多项式分布的第一图案，并将第一图案根据其实部和虚部进行拆分，得到第一图案的实部图案和虚部图案；根据实部图案和虚部图案中正数元素、负数元素及其分布位置，将实部图案和虚部图案分别拆分为两幅调制图案，得到四幅调制图案并加载到空间光调制器上；光源装置，用于产生激光，并将产生的激光投影照射到空间光调制器上；空间光调制器，用于对光源发出的激光进行强度调制，将调制后的激光投射到旋转运动目标物体上；单像素光电探测器，