基于立体视觉的飞行器运动姿态测量技术及其应用

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1、2013年4月宇航计测技术Apr．，2013第33卷第2期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．33，No．2文章编号：1000—7202(2013)02—0012—04中图分类弓-：V416文献标识码：A基于立体视觉的飞行器运动姿态测量技术及其应用温聚英1路鹰1梁雅军2张琦1陈世立1(1．中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京100076；2．北京航天计量测试技术研究所，北京100076)摘要针对某飞行器地面试验测量需求，介绍了基于立体视觉的飞行器运动姿态测量技术的基本原理和系统

2、组成，并对其测量结果进行了分析。试验结果表明，该系统能高度准确地实时测量弹体姿态角和位置，考核了弹上制导和导航准确度，为试验的顺利完成提供了测量保障。关键词飞行器视觉姿态测量MeasurementTechniqueofMotionAttitudetoVekicleBasedonStereovisionandItsApplicationWENJu．yin91LUYin91LIANGYa-jun2ZHANGQilCHENShi．1i1(1．ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnologyResearchandDeve

3、lopCenter，Beijing100076；2．BeijingAerospaceInstituteforMetrologyandMeasurementTechnology，Beijing100076)AbstractAimingatthedemandofspacecraftgroundtest，thebasicprincipleofmeasurementtechniquebasedonstereovisionisputforwardanditssystemisbuilt．Theexperimentresultsispresentedt

4、hattheproposedmethodhadhighaccurately，andpositionandpostureoftheaerocraftareacquired．Ac—curacyofthenavigationandcontrolsystemwasassessed，whichensuretheaccomplishmentofexperi—ment．KeywordsVehiclestereovisionAttitudeMeasurement1引言近年来，运动姿态测量方法广泛应用于飞行器地面试验之中。运动姿态测量方法主要有立体视觉测量

5、、激光跟踪仪测量、IGPS测量等方法。立体视觉测量技术利用两台或多台数字相机作为传感器，收稿日期：2012—08—23，修回日期：2012—09—24作者简介：温聚英(1983一)，女，硕士，主要研究方向：地面试验测试技术。进行被测目标拍摄，通过图像处理技术提取被测目标在图像中的位置，结合特定的数学模型解算出被测目标的空间三维坐标。立体视觉测量技术相对于其他方法，其测量设备具有测量准确度高、小型化、易于安装、操作方便等优点，可应用于飞行器地面试验、装配过程中对接姿态动态测量和武器型号复杂第2期基于立体视觉的飞行器运动姿态测量技术及其应用·

6、13-异型结构三维形貌测量‘1

7、。针对飞行器地面试验测量需求，本文提出一种基于立体视觉的飞行器运动姿态测量方法，并应用于某飞行器悬挂试验中，考核弹上控制系统准确度。2飞行器悬挂试验测量需求某飞行器悬挂试验通过将飞行状态的总装产品进行悬挂，模拟微重力下飞行器运动状态，要尽可能真实地模拟上天飞行环境，减少地面外力对飞行器的影响。试验过程中，需要对弹体六自由度姿态进行动态测量，得到三维位姿数据，与弹上数据进行比对，对产品导航准确度进行考核和验证；实现姿态、位置的高分辨力精确测量，作为弹上产品控制性能分析的重要参考数据。飞行器悬挂试验对外部测量方

8、法的需求如下：1)非接触式光学测量首先，飞行产品由几十米的悬绳吊挂在试验场地中，任何接触弹体的外力都会对弹体的姿态产生干扰，而采用附加传感器的方式又会额外地增加测试线缆，其附加干扰力矩对弹体姿态会产生较大影响，因此外部测量方法要求为非接触式。2)实时、高准确度、宽视场测量飞行器约50ms完成一个姿态角调整动作，外部测量系统要求至少连续测量5个时刻点，用于测量飞行器调整一个动作的运动过程。测试设备要求距离产品约5m远处布置，测量移动范围不小于2mx2mxlm，最大角速度不小于8。／s的飞行器运动过程。3)快速响应同步触发信号外部测量系统要求

9、能够快速响应触发信号，与弹上系统同步工作，保证运动姿态测量系统和弹上测量的起点一致，以减少起点测量误差，便于与弹上数据的比对。3测量原理及系统架构3．1基本原理基于立体视觉的运动姿态测量原理是