飛行目標(biāo)位置和姿態(tài)光電測量技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、光電測量技術(shù)具有非接觸、精度高等優(yōu)點，在測量飛行目標(biāo)的相對位置和姿態(tài)的導(dǎo)航系統(tǒng)中具有重要的應(yīng)用，如艦載直升機(jī)助降光電引導(dǎo)系統(tǒng)、航天器空間交會對接過程中的光電導(dǎo)航系統(tǒng)等。而這些應(yīng)用在系統(tǒng)的測量精度和實時性方面都有較高的要求，因此對于精確、快速的光電測量技術(shù)進(jìn)行研究有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。 本文介紹了直升機(jī)助降光電引導(dǎo)系統(tǒng)和航天器空間交會對接光電導(dǎo)航系統(tǒng)中所采用光電測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢以及基本理論。從理論上和實驗上分別對單目視

2、覺的測量技術(shù)、雙目視覺的測量技術(shù)和相位式激光測距技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。 正交迭代OI(OrthogonalIteration)算法是一種快速且能全局收斂的單目攝影測量算法。但是使用該算法在近距離對三維目標(biāo)測量時，距離測量誤差較大。本文提出了增加旋轉(zhuǎn)矩陣約束條件的改進(jìn)方法，建立了共面特征點的共線性方程，得到了一種快速、準(zhǔn)確且能全局收斂的位置、姿態(tài)測量算法。計算機(jī)仿真表明，采用本文改進(jìn)算法總能得到正確的旋轉(zhuǎn)矩陣，同時也提高了距離測量

3、精度。本文還對拍攝的三維目標(biāo)真實圖像進(jìn)行了實驗研究，使用改進(jìn)算法測到的相對距離和旋轉(zhuǎn)角的精度都優(yōu)于OI算法的結(jié)果。改進(jìn)算法對于二維或三維目標(biāo)位置與姿態(tài)測量技術(shù)具有重要的理論和實用價值。 針對艦載直升機(jī)助降光電引導(dǎo)技術(shù)，本文建立了一種雙攝影測量算法模型，該模型是在目標(biāo)模板兩側(cè)各安裝了兩臺攝像機(jī)，分別獲取飛行目標(biāo)兩側(cè)特征點的圖像，在提取出特征點的圖像坐標(biāo)后，使用線性算法計算出目標(biāo)相對位置和姿態(tài)的初始解，再使用非線性優(yōu)化算法得到了最優(yōu)

4、解。在研究雙攝影測量算法模型的基礎(chǔ)上，建立了一套直升機(jī)助降光電引導(dǎo)演示系統(tǒng)。它由兩臺大功率半導(dǎo)體激光照明裝置和兩臺精密CCD(ChargeCoupledDevice)攝像機(jī)、目標(biāo)模板以及高性能DSP(DigitalSignalProcessing)數(shù)據(jù)處理裝置組成。實現(xiàn)了實時圖像處理、目標(biāo)跟蹤和位姿參數(shù)的測量。進(jìn)行了室外實驗，測量得到目標(biāo)的相對平移誤差小于5cm，偏航角誤差小于±3°，其精度與國外直升機(jī)光電助降系統(tǒng)ASIST(aircr

5、aftshipintegratedsecureandtraverse)的技術(shù)指標(biāo)相近。該直升機(jī)著艦助降演示系統(tǒng)在國內(nèi)尚未見報道。 本文基于基因遺傳算法求解病態(tài)矩陣的方法，對國外文獻(xiàn)中一種經(jīng)典的多平面攝像機(jī)鏡頭標(biāo)定方法進(jìn)行了改進(jìn)，該標(biāo)定方法可以同時利用目標(biāo)空間和圖像空間的特征，能得到較為精確的像機(jī)內(nèi)部參數(shù)，但是在模板平面旋轉(zhuǎn)角度較小時，計算結(jié)果會出現(xiàn)不穩(wěn)定。仿真計算表明，采用本文改進(jìn)方法后得到了更為穩(wěn)定和準(zhǔn)確的像機(jī)內(nèi)部參數(shù)。由此求

6、解出反向投影畸變模型下的鏡頭畸變系數(shù)，能夠適用于實時測量系統(tǒng)。該方法具有重要的理論和實用價值。 為了確定飛行目標(biāo)位置，本文對傳統(tǒng)的相位式激光測距方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種快速、高精度的相位式激光測距方法。該方法采用內(nèi)、外光路替代傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)換光路的方法，去除了電路中的附加相移，提高了測量速率。使用單片機(jī)、復(fù)雜可編程邏輯器件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與邏輯控制，簡化了電路設(shè)計，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進(jìn)行了室內(nèi)測量，實驗測量速率達(dá)到5Hz，測距數(shù)據(jù)精