视轴稳定系统的非接触式陀螺修正技术

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1、第36卷第15期计算机工程2010年8月j6No．1sComputerEngineeringAugust2010·工程应用技术与实现·文章编号：1000_-3428(2o1o)侉__0222__03文献标识码：A—西■i视轴稳定系统的非接触式陀螺修正技术陈益，薄煜明，邹卫军(南京理工大学自动化学院，南京210094)摘要：针对陀螺视轴稳定装置中陀螺的输出漂移误差影响视轴稳定性能的问题，提出一种利用视觉测量技术对陀螺信号进行实时修正的方法。通过在地面上共面设置的4个固定信标和载体上双焦CCD摄像机，组成单目视觉测量系统，应用四元数描述载体和大地直角坐标系间的变换关系，在此基础上采用Levenbe

2、rg—Marquardt迭代算法和刚体运动学原理，推导出采用DLOSS装置实现陀螺信号修正的机理。仿真结果表明了该方法的有效性。关链词：陀螺；计算机视觉；姿态测量；Levenberg—Marquardt算法Non—contactGyroCorrectionTechnologyforLineofSightStabilizationSystemCHENYi，BOYu-ming，ZOUWei-jun(CollegeofAutomation，NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing2l0094)[Abstract]Referringtothepos

3、sibleproblemofgyrodrifteffectonthelineofsightstabilizationperformance，amethodforgyrocorrectionbasedonvisualattitudemeasurementisproposed．Amonocularvisionsystemisestablishedbyfourcoplanarreferencepointsonthegroundandadouble—focusCCDcamerainthecarrier．Thequaternionisusedtorepiesentthetransformrelation

4、betweengeodeticcoordinatesystemandcarriercoordinatesystem，andonthisbasis，themodelofgyrocorrectionintheDLOSSisderivedbytheLevenberg-Marquardtalgorithmandtherigidbodykinematicsequation．Simulationresultsshowthatthealgorithmisefli~ctive．[Keywords]gyro；computervision；attitudemeasurement；Levenbcrg—Marquar

5、dt(L—M)algorithm1概述(2)载体坐标系—Xvy：原点取为载体的重心，Xv为了精确控制光电稳定跟踪系统的视轴，使其在隔离载轴沿载体首尾向并指向首部，，轴指向载体左侧，Z轴垂直体姿态扰动的同时准确跟踪目标运动，必须采用陀螺视轴稳于载体平面指向天顶。定装置。作为惯性空间敏感元件的陀螺仪，其测量精度在很(3)框架坐标系0一xrYz：原点0，取为平台框架的支大程度上决定了整个光电跟踪设备的稳定与跟踪精度，因此，承中心，X，轴指向光电跟踪传感器的视轴方向，并规定在既如何抑制陀螺的输出漂移误差和噪声是保证视轴稳定性能的无旋转又无平移时，框架坐标系0一，Y，z，毒载体坐标系关键。Ov—X目前对

6、陀螺信号的处理方法主要是事先对其进行离线标，：完全重合。定，并依据标定的模型进行补偿⋯，但在实际运行中，陀螺(4)地标图像平面坐标系O

7、一：原点取为地标摄像的随机漂移往往受外界环境的影响较大，离线标定的结果无机光轴与其图像平面(靶面)的交点，“，轴和v轴分别平行于法全面反映陀螺在系统中的特性。视觉测量技术作为测量领图像像素的行与列。域发展起来的崭新技术，具有非接触、无漂移、精度高以及(5)地标摄像机坐标系()r—xcY：为载体固连体坐标系，结构简单等优势，在导航制导领域如航天器问相对位姿、无原点0r取为地标摄像机的光心，与O，点的距离为其焦距，，人机着陆等方面成为研究热点L2。J。本文以DLO

8、SS装置为例，轴沿光轴指向摄影方向，轴、Y轴分别与地标图像坐标通过地面上设置的合作信标和双焦CCD摄像系统，提出一种系的轴、v轴平行，由于地标摄像机坐标系相对于载体坐利用迭代算法和刚体运动学原理实现陀螺在线修正的方法，标系的旋转量与平移量均为常数，为简化计算，此处假设载并进行了仿真验证。体坐标系与地标摄像机坐标系完全重合。2坐标系定义3非接触式载体姿态测量文中涉及到以下5种坐标系：大地直角坐标系，