学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

车载光电经纬仪在准动基座下的测量误差修正研究

作　者: 张政
导　师: 张小虎
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
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
分类号: TH761.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 216次
引　用: 5次
阅　读: 论文下载

内容摘要

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。

全文目录

摘要  12-14
ABSTRACT  14-16
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

车载光电经纬仪在准动基座下的测量误差修正研究

内容摘要

全文目录

相似论文