车载光电经纬仪在准动基座下的测量误差修正研究

发布时间：2017-03-27 04:09

  本文关键词：车载光电经纬仪在准动基座下的测量误差修正研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 光电经纬仪是现代靶场中获取外弹道数据和飞行状态的最基本的光学测量仪器,广泛应用于航空、航天、武器试验等科研和军事领域。国内靶场上广泛装备的光电经纬仪主要有两种:固定站式和机动站式。固定式经纬仪具有作用距离远、测量精度高的优点,但其作用范围固定。随着新型武器试验大射程、机动性等要求的提高,仅依靠固定式经纬仪完成测量任务存在很大困难。机动经纬仪正好弥补了固定式经纬仪的这一缺点,可以在较大的地理范围灵活布站,满足靶场大范围机动测量的需要。但是,机动经纬仪还必须运输到测量点后再安装到预先修建的固定基座上,才能保证测量精度。如果能够使光电经纬仪直接在机动载体平台上进行保角精度的跟踪测量,则将具有重要的意义。 本文以车载机动光电经纬仪在机动载体平台即准动基座平台下测量误差修正作为应用背景,分析和研究了准动基座下经纬仪测量误差的原因,提出了误差修正的方法和方案,重点研究了误差修正方法所涉及到的关键和核心理论——位姿估计算法,最后针对所提的修正方案和方法做了模拟验证实验,实验结果表明了所提方法正确、方案可行有效,为后续的工程应用奠定了基础。 本文主要工作有: 1)针对准动基座下光电经纬仪测量误差修正问题,分析得到准动基座平台的旋转运动是造成测量误差的根本原因;提出了采用固接于平台的单像机同步拍摄合作标志物的误差修正方法,并对误差修正原理作了详细介绍。 2)针对修正方法中所涉及到的关键和核心问题——位姿估计问题,研究了基于点对应的位姿估计算法。在基于点对应的OI(Orthogonal Iteration)即正交迭代位姿估计算法基础上,做了算法的改进研究。实验表明改进算法能获得更高的求解精度。 3)为了获得更高精度的位姿参数,研究了基于直线对应的位姿估计算法。通过将OI算法扩展到直线对应,提出了LBOI(Line-Based Orthogonal IterationAlgorithm)即基于直线对应的正交迭代算法,并对算法作了较详细的实验分析。仿真和实际实验表明,算法具有对初始值较不敏感、高精度、鲁棒性好等特点。 4)设计了修正系统方案,并对方案进行了可行性研究。进行了数字仿真实验和实物模拟验证实验,实验表明了修正方案可行,能够满足角度修正精度等要求。 本文提出的准动基座平台运动的测量方法进一步发展可适用于车载、舰载等武器装备的平台运动及姿态测量;所提的位姿估计算法可直接用于移动机器人、像机标定、物体跟踪等领域。
【关键词】：车载光电经纬仪 准动基座 测量误差修正 位姿估计 点对应 直线对应 正交迭代算法
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH761.1
【目录】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 准动基座下光电经纬仪测量误差修正的背景和意义16-18
• 1.1.1 国内外靶场光电经纬仪发展及应用概况16
• 1.1.2 车载光电经纬仪准动基座测量误差修正的意义16-17
• 1.1.3 国内外准动及动基座光电经纬仪的发展概况17-18
• 1.2 位姿估计问题概述18-22
• 1.2.1 位姿估计问题的基本概念及应用18-20
• 1.2.1.1 位姿估计问题定义18-19
• 1.2.1.2 位姿估计问题分类19-20
• 1.2.2 位姿估计的应用20-22
• 1.2.2.1 机器人视觉伺服20
• 1.2.2.2 移动机器人导航与定位20-21
• 1.2.2.3 人脸(头部)跟踪21
• 1.2.2.4 增强现实21-22
• 1.3 本文主要内容22-24
• 第二章 车载光电经纬仪准动基座测量误差修正方案24-36
• 2.1 光电经纬仪系统简介24-25
• 2.1.1 光电经纬仪结构组成24
• 2.1.2 光电经纬仪工作原理24-25
• 2.2 准动基座下光电经纬仪测量误差修正25-32
• 2.2.1 测量误差的原因25-27
• 2.2.2 测量误差的修正方案27-28
• 2.2.3 测量误差修正原理28-30
• 2.2.4 测量误差修正方案所涉及的关键理论和技术30-32
• 2.2.4.1 摄像机标定30-31
• 2.2.4.2 位姿估计31
• 2.2.4.3 图像特征检测31-32
• 2.3 修正方案精度指标的确定32-36
• 2.3.1 国内靶场光电经纬仪跟踪定位精度32
• 2.3.2 准动基座平台运动解算容许精度32-34
• 2.3.2.1 平台位置移动对测角修正的影响32-33
• 2.3.2.2 平台旋转运动R_1解算容许精度33-34
• 2.3.3 影响平台运动解算各因子容许精度34-36
• 第三章 基于点特征对应求解位姿估计问题36-54
• 3.1 基本理论36-43
• 3.1.1 投影模型36-40
• 3.1.1.1 透视投影36-38
• 3.1.1.2 弱透视投影38-39
• 3.1.1.3 平行透视投影39-40
• 3.1.2 三维旋转的表达40-43
• 3.1.2.1 欧拉角法41
• 3.1.2.2 旋转轴—旋转角法41-42
• 3.1.2.3 四元数法42-43
• 3.2 基于点特征对应位姿估计算法概述43-50
• 3.2.1 算法分类43
• 3.2.2 解析算法43-47
• 3.2.2.1 六点以下线性算法(Quan算法)44-46
• 3.2.2.2 DLT算法46-47
• 3.2.3 迭代算法47-50
• 3.2.3.1 基于点特征对应的迭代算法概述47-48
• 3.2.3.2 OI算法48-50
• 3.3 基于OI算法的改进算法50-54
• 3.3.1 Wang关于“绝对定位”问题的算法50-51
• 3.3.2 改进算法51
• 3.3.3 实验分析51-54
• 第四章 基于直线对应求解位姿估计问题54-68
• 4.1 基本理论54-56
• 4.1.1 像机模型和基本方程54-55
• 4.1.2 基本方程的新形式55-56
• 4.2 基于直线对应位姿估计算法概述56
• 4.3 基于直线的正交迭代位姿估计算法(LBOI)56-68
• 4.3.1 残差方程57-58
• 4.3.2 LBOI算法58-60
• 4.3.3 全局收敛性的证明60
• 4.3.4 迭代初值计算60-62
• 4.3.4.1 三条直线计算迭代初值61
• 4.3.4.2 一般情形直线计算初始值61-62
• 4.3.5 仿真实验分析62-66
• 4.3.5.1 三直线情形仿真实验63-64
• 4.3.5.2 一般情形仿真实验64-66
• 4.3.6 实际实验66
• 4.3.7 小结66-68
• 第五章 光电经纬仪准动基座下的测量误差修正系统模拟实验68-82
• 5.1 误差修正系统方案设计68-71
• 5.1.1 工作流程及系统组成68
• 5.1.2 前期安装和标定68-69
• 5.1.2.1 合作标志物制作与标定方案68-69
• 5.1.2.2 副像机配置及安装方案69
• 5.1.3 实时测量误差修正69-71
• 5.1.3.1 同步拍摄69-70
• 5.1.3.2 计算机软件处理系统70
• 5.1.3.3 抗干扰及防错设计70-71
• 5.2 系统方案数字仿真实验71-73
• 5.2.1 像机内参标定仿真实验71-72
• 5.2.2 像机姿态解算仿真实验72-73
• 5.3 系统方案实物模拟实验73-82
• 5.3.1 实物模拟实验目的73
• 5.3.2 实物模拟实验方法和原理73-77
• 5.3.2.1 普通像机模拟光电经纬仪目标定位73-74
• 5.3.2.2 实验1—系统测角修正模拟实验74-75
• 5.3.2.3 实验2—平台运动测量模拟实验75-77
• 5.3.3 系统测角修正模拟实验77-79
• 5.3.3.1 设备组成77-78
• 5.3.3.2 前期标定78-79
• 5.3.3.3 实验结果及分析79
• 5.3.4 平台运动测量模拟实验79-82
• 5.3.4.1 系统搭建79-80
• 5.3.4.2 实验数据及分析80-82
• 第六章 结束语82-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-92
• 作者在学期间取得的学术成果92-93
• 附录A 绝对定位问题的SVD算法93-94
• 附录B OI算法全局收敛性的证明94-95

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 佟刚;王芳;;车载平台变形对测角误差的影响分析与修正[J];光学精密工程;2011年04期

2 于起峰;孙祥一;姜广文;刘肖琳;张小虎;周剑;尚洋;;基于传递像机摄像测量的不稳定平台的静态基准转换方法[J];中国科学:技术科学;2011年05期

  本文关键词：车载光电经纬仪在准动基座下的测量误差修正研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：269838