基于多點(diǎn)合作目標(biāo)的多線陣CCD空間物體姿態(tài)測(cè)量的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,空間物體的姿態(tài)測(cè)量在航空、航天、航海、軍事等不同領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,隨之在不同的應(yīng)用領(lǐng)域也出現(xiàn)了不同的測(cè)量方法。在測(cè)量處于懸浮狀態(tài)下的空間運(yùn)動(dòng)物體的姿態(tài)時(shí),目前現(xiàn)有的通用姿態(tài)測(cè)量方法由于系統(tǒng)復(fù)雜,成本高,圖像傳感器分辨力低、速度慢等缺點(diǎn)不適合對(duì)這種懸浮狀態(tài)下姿態(tài)快速變換的空間物體的姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量。因此,研究一種更加適合懸浮狀態(tài)下空間物體的姿態(tài)測(cè)量方法勢(shì)在必行。
　　課題“基于多點(diǎn)合作目標(biāo)的多線陣CC

2、D空間物體姿態(tài)測(cè)量的研究”的目的是對(duì)處于懸浮狀態(tài)下姿態(tài)快速變換的空間運(yùn)動(dòng)物體的姿態(tài)測(cè)量進(jìn)行深入的研究,探討研究一種結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單同時(shí)測(cè)量性能更高的外姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),建立有效的姿態(tài)解算模型,以及探討提高線陣CCD相機(jī)校準(zhǔn)精度的方法,為高精度的姿態(tài)測(cè)量提供理論依據(jù)。本課題的研究應(yīng)用于對(duì)空間物體姿態(tài)測(cè)量的懸浮試驗(yàn),并可對(duì)空間物體內(nèi)部裝有慣導(dǎo)設(shè)備的內(nèi)姿態(tài)測(cè)量方法進(jìn)行校驗(yàn),在國內(nèi)的三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量中也有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文首先給出了基于線陣C

3、CD的外姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的基本工作原理,并簡(jiǎn)單地介紹了傳統(tǒng)的線陣CCD外姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),分析了傳統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)由于采用六個(gè)相機(jī)九個(gè)線陣CCD使得系統(tǒng)過于復(fù)雜,且這些相機(jī)位置間的關(guān)系約束條件太多造成非線性等系統(tǒng)誤差,測(cè)量的均勻性差,校準(zhǔn)參數(shù)個(gè)數(shù)相應(yīng)增加等問題。從這些問題入手,研究了一種采用三個(gè)線陣CCD相機(jī)同時(shí)測(cè)多個(gè)點(diǎn)合作目標(biāo)的外姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng),將被測(cè)物體的點(diǎn)合作目標(biāo)同時(shí)點(diǎn)亮,由柱面透鏡和線陣CCD組成的三個(gè)一維相機(jī)對(duì)其同時(shí)進(jìn)行測(cè)量,并分析了三個(gè)線

4、陣CCD相機(jī)的布局對(duì)測(cè)量空間的影響,同時(shí)提出了一種通過模擬計(jì)算的方法對(duì)姿態(tài)角范圍限制進(jìn)行計(jì)算,為進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量提供了理論指導(dǎo)。
　　為了提高姿態(tài)參數(shù)的解算速度和精度,進(jìn)一步可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,對(duì)各種姿態(tài)描述方法進(jìn)行了分析,并合理地選擇了Rodrigues參數(shù)姿態(tài)描述方法,結(jié)合本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了基于 Rodrigues參數(shù)和多點(diǎn)合作目標(biāo)構(gòu)成的線段間的相交矢量相結(jié)合的姿態(tài)解算模型,并根據(jù)四組 Rodrigues參數(shù)的模不同時(shí)為無

5、窮大的原理對(duì)其進(jìn)行切換,解決了方法奇異性的問題,建立基于Rodrigues參數(shù)的姿態(tài)解算模型對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行姿態(tài)解算。同時(shí)分析了空間點(diǎn)的測(cè)量位置誤差對(duì)姿態(tài)解算結(jié)果的影響,研究了不同的姿態(tài)解算方法對(duì)空間點(diǎn)位置誤差的敏感程度。
　　為了提高線陣CCD相機(jī)姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)的精度,提出了基于 BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)線陣CCD相機(jī)的方法。解決了采用直接線性變換法校準(zhǔn)相機(jī)時(shí)忽略的鏡頭畸變和系統(tǒng)誤差等非線性誤差的問題

6、,不需要建立復(fù)雜的非線性補(bǔ)償模型,簡(jiǎn)化了計(jì)算。充分利用了 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)從輸入到輸出的任意非線性映射的特點(diǎn),通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)三維空間物體標(biāo)識(shí)點(diǎn)與其在線陣CCD像點(diǎn)之間的非線性映射關(guān)系,實(shí)現(xiàn)外姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)線陣CCD相機(jī)的校準(zhǔn),直接恢復(fù)空間點(diǎn)合作目標(biāo)的三維信息。
　　最后對(duì)課題所提出的方法和模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先,對(duì)所提出的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)線陣CCD相機(jī)的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明:使用全站儀測(cè)量點(diǎn)合作目標(biāo)的三維坐標(biāo)時(shí),采用