飞行目标姿态测量中的图像处理方法

基于一种利用光测图像获取目标空中飞行姿态的方法,对高速电视获取的目标图像进行预处理的问题进行了研究,检验了姿态获取方法的可行性.人工模拟目标的试验结果证明了该图像处理方法的高准确度、有效性和易实现自动化等特点,为姿态获取方法的实际应用提供了依据.     

靶场飞行目标弱透视投影姿态测量可行性研究

为了探讨弱透视投影应用于靶场远距离、小视场姿态测量的可行性,以轴对称回转体目标为例,充分利用透视成像信息及弱透视投影原理,逆向推导了单站弱透视投影的姿态测量模型,实际试验结果证明了弱透视投影在靶场姿态测量中的可行性,在文中所述的试验环境下,弱透视投影与透视投影之间误差不超过0.05°;明确了在靶场远距离、小视场姿态测量环境下,弱透视投影误差主要来源于作用距离;推导了算法适用的极限作用距离。以上研究为靶场弱透视投影远距离、小视场姿态测量奠定了一定的理论基础。     

利用光测影像测量飞行目标姿态方法的误差分析

针对一种利用光测图像获取飞行目标空中姿态的方法,建立数学模型,并基于该模型,深入研究了目标姿态角的测量误差问题.结论：像面直线的截距提取误差对交会结果影响很小,倾角提取误差影响较大;两交会平面之间夹角过小将大大降低交会结果的可靠程度,实际测量时必须保证交会角足够大.考虑了该方法使用中的一些细节,为该方法的具体实现提供了依据.     

靶场目标三维姿态测量结果自动修正方法

中轴线法是靶场试验中常用的目标三维姿态测量方法,但该方法求出的俯仰角和偏航角所描述的目标姿态可能与目标实际情况相异,必须进行人工修正。提出一种自动对姿态判读结果进行修正的方法,将目标共线方程与中轴线方程联立求解,可快速地求出角度修正量。实验证明该方法可对中轴线法求解结果进行自动修正,得到正确的目标三维姿态角,提高了姿态判读的速度和可靠性。     

远距离目标姿态测量方法研究

根据直角棱镜空间位置变化和成像位置变化之间的数学关系，提出一种姿态测量方法，并对其数学关系进行了详细推证。     

基于PSD的风洞模型姿态角光学测量技术研究

开发了一种基于光电探测技术的风洞模型姿态角光学测量技术,实现了对姿态角的精确、实时、非接触测量。对激光探测头、模拟试验平台进行了优化设计,编写了功能齐全的实验软件,模拟了风洞试验运行实况,深入开展了一维和二维角度测量实验和分辨率测试实验。实验结果表明,该技术可对模型变化角度进行实时精确测量,测量范围达到了-10°～10°,测量精密度为0.0023°,测量准确度为0.0026°,分辨率可达到0.001°。该光学测量技术在风洞模型的角度测量和振动测量实验中切实可行,为测量风洞试验模型的姿态及振动提供了一种简洁有效的测量方法。     

基于灭点理论的目标姿态角单站测量

提出了一种基于灭点理论的目标姿态角单站测量方法,利用单台光测设备的参数信息和目标在图像上的灭点位置计算目标特征直线的方向,从而获得目标的姿态信息。同时给出了灭点精度评价指标,可作为姿态测量精度的评价标准和加权融合时的权重因子。通过模拟实验和实物实验验证了方法的可行性和准确性。该方法与中轴线法测量偏差均值为0.2,表明所给出的方法对类柱状目标的姿态测量具有精度高、易于实现的特点。     

导弹发射姿态测量方法研究

针对导弹发射姿态测量问题,提出采用高速摄像机通过斜瞄和平瞄姿态测量方法求解导弹中轴线俯仰角和方位角,仿真典型导弹起飞段近距离姿态测量,分析两种测量方法对导弹飞行姿态测量精度和适用性。仿真结果表明:平瞄和斜瞄姿态测量方法,测量误差在0.2°以内。斜瞄方式使用更便捷,通用性好。平瞄方式测量精度高,数据处理方法、机械结构相对简单,在适合的应用场合优势明显。此分析方法、分析结果为姿态测量方法选取和研究等提供一种可行的途径,也可为其它运动目标的姿态测量提供借鉴。     

高精度单轴旋转姿态测量系统研究

 采用90型二频机抖激光陀螺和石英挠性加速度计,利用单轴旋转惯性组件的方法,研制了高精度姿态测量系统。介绍了系统的硬件结构组成和无减震结构设计方案,给出了初始对准和姿态测量系统的算法。系统的初始对准采取粗对准和精对准两种方式, 姿态测量系统的误差传播特性由系统的误差模型来描述。对该系统进行了静态导航实验和长时间单轴旋转导航实验。实验结果表明：系统水平姿态24h保持精度优于30″,24h航向保持精度优于30″。     

基于MEMS传感器的风洞尾旋姿态测量研究

尾旋是飞机在失去控制后的一种极危险的飞行状态,陷入尾旋极易造成飞机的坠毁,在飞机研制过程中为了提高其机动性及抗尾旋能力,必须对这种极限飞行状态进行研究。在立式风洞中开展尾旋试验是目前效率最高,安全性最有保障的技术手段。试验测试的主要参数是飞机在尾旋及改出过程中的姿态角（包括俯仰角、偏航角和滚转角）。在此简要介绍了通过陀螺仪、加速度计和地磁计进行姿态数据融合的算法,以及采用了一种MEMS传感器进行尾旋姿态测量的试验技术,并且其姿态数据可由Zigbee无线数据模块实时传送到测量计算机。通过试验验证,该技术简单有效,不受现场环境限制,系统动态性能稳定可靠,角度测试精度为优于1°,满足了试验需求,提高了试验效率及数据质量。     

基于马达代数的非合作目标姿态视觉测量算法

非合作目标航天器的位姿测量一直是各类复杂航天任务中所需解决的关键难题之一。传统的姿态测量算法多采用欧拉角以及旋转矩阵的方式描述目标位姿,计算参数较多,算法形式也相对复杂。针对这个问题,通过单目视觉识别出具有矩形结构特征的目标航天器的一个矩形面,然后在马达代数框架下,根据该矩形面两条平行边所在直线方程的差值信息直接计算出目标姿态参数,最终将姿态解算问题简化为一组四元线性方程组的求解。该算法无需知道目标尺寸,计算形式简洁,实时性高,同时也能很好地保证结果的正交性。数值仿真以及地面验证实验结果表明,该算法具有较强的稳定性,测量精度能够满足测控要求,在交会近距离范围内受两航天器间相对距离的影响较小。     

基于光学图像的目标姿态判读处理

 采用摄像测量方法获取目标的飞行姿态是目前靶场主要测量手段之一。目标姿态可以用目标轴线在空间的方位来描述,即姿态的判读处理就是要提取线的空间位置。在进行图像判读处理时除采用传统的基于点的判读处理手段外,还应根据不同的目标类型采用不同的判读处理方法,文中给出了基于首尾两点的判读处理、基于线的判读处理和基于模型的三种判读处理方法,有效解决了不同类型目标的判读处理问题。     

基于MEMS传感器的姿态测量系统设计

为解决单目三维扫描装置摄像机标定完成后姿态不能改变的问题,针对单目三维扫描装置使用过程中的运动方式与特点,设计了一款基于 MEMS 传感器的姿态测量系统。采用四元数对姿态进行解算,通过三轴姿态确定(TRAID)算法构建量测模型,以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行数据融合,能有效抑制姿态解算过程中陀螺仪的漂移问题。实验结果表明,利用该系统进行姿态测量时静态误差低于±0.2°,动态误差低于±1°,系统实时性好、适用于动态三维扫描系统。     

基于姿态测量的光电桅杆侦察方法

描述了一种用于桅杆式光电系统的侦察定位方法,采用单一陀螺和双轴倾角传感器组合,替代三轴正交的陀螺仪,对光电设备进行姿态测量;结合惯性导航设备获得的大地北向、激光测距机获得的目标相对距离、卫星定位设备获得的本地坐标,通过坐标系转换,能够准确获得目标的大地坐标。试验结果表明:通过该方法获得的系统定向精度达到0.3 mil,目标的定位精度优于10 m(CEP)。     

光电经纬仪姿态测量精度室内检测方法

为实现光电经纬仪等靶场光测姿态测量设备测量精度的室内测试和评价,介绍了光电经纬仪对空间轴对称目标的姿态交会测量的原理。利用检测架、平行光管、目标轮廓靶及光源室内模拟不同姿态角的无穷远目标。建立了利用目标特征点的方位角、俯仰角计算目标姿态角的精确数学模型。用高精度经纬仪对目标上的多个特征点进行测量,用最小二乘法按该数学模型对目标姿态进行拟合,得到模拟目标的姿态,经验证该方法的标定精度可达0.05°。以该标定结果为模拟目标姿态的真值,光电经纬仪对同一模拟目标姿态进行动态测量,将测量结果与真值进行比较,可确定光电经纬仪的姿态测量精度。     

基于天文观测的相机标定及姿态测量技术研究

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量,必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题,提出了以恒星为控制点的相机标定方法,根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标,利用摄像测量原理建立了恒星观测模型,求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明,该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度,并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态,航向角和俯仰角的解算重复性优于10″,能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。     

单站光测图像确定空间目标三维姿态

充分利用空间目标的几何先验知识,提出了一种基于特征点提取的单站经纬仪等光测设备确定空间目标三维姿态的迭代算法,避免了多站图像的立体匹配,并在此基础上用vc++进行了模拟仿真.实验表明:该方法准确度较高,结果稳定,应用价值高.     

指向精度对光学姿态测量精度的影响分析

为验证光轴指向误差对光学姿态测量精度的影响程度,并为后续实况类设备实现姿态测量提供理论依据,以中轴线法为依据,对算法步骤进行拆分,并对光轴指向误差的影响进行溯源,得出指向误差影响姿态处理结果可从两个方面进行分析。同时对模型内交会算法的直接影响和模型外动态基准的间接影响进行推导分析,将仿真计算和实测数据进行结合验证,获取了在典型中长远光学姿态测量中指向误差200″对姿态角误差不超过0.1°的结论,为现有姿态测量可靠性分析以及后续靶场设备能力拓展奠定了理论基础。     

从单站光测图像确定空间目标三维姿态

基于在物距与焦距之比远大于 1时摄像系统成像模型可用平行投影近似的事实 ,充分利用空间目标的几何先验知识 ,提出了一种从单站经纬仪等光测设备获得的图像确定火箭等空间目标三维姿态的方法 ,避免了多站图像的立体匹配。仿真实验和实际应用结果表明 :方法精度高 ,结果稳定     

基于修正平行投影法的飞行姿态测量

摄影系统的成像满足透视投影模型,使用平行投影法做飞行姿态交会存在模型误差。依据在目标成像的中轴线通过像面中心的时候,平行投影法和透视投影法有相同的成像特征这一事实,提出了一种无模型误差的修正平行投影法。在判读出目标图像中轴线的斜率K和截距L的情况下,假设摄影系统的高低角再旋转atan(L/K)度,使得旋转后图像的中轴线过像面的中心点。依据透视投影模型,计算出旋转后图像中轴线的斜率,再使用此斜率做平行投影交会。仿真结果表明,该方法可以很好的消除由平行投影模型带来的模型误差,为空间目标姿态交会提供了更精确的计算结果。