论文部分内容阅读
现代舰船(航天测量船和各种作战舰艇等)作为一个测量或者作战平台,装备有大量如光电跟踪仪、雷达以及导弹、火炮等不同类型的测量设备和攻防系统,空间坐标基准的统一是舰船上各种武器装备在实现信息共享和协同作战时的基础。而舰船变形使得舰载设备坐标系与惯导基准坐标系的对应轴产生角度偏差,严重制约了舰载武器设备性能的发挥。随着舰载测量仪器以及武器系统对高精度姿态角愈加严苛的要求,船体变形监测与校正也面临着更大的挑战。船体变形摄像测量方法克服了现有方法的不足,具有非接触、高精度、高实时性、低成本等重要优点,在船体变形测量应用中有着极好的发展前景。论文在摄像测量方法已有研究成果的基础上,重点对基于序列图像的摄像测量位姿估计方法的关键技术开展了研究。为满足高实时性船体变形测量的需求,改进了现有的基于单帧图像的位姿估计直接解法。将对偶四元数引入到摄像测量位姿估计,充分发挥对偶四元数表示刚体运动的简洁性和非奇异性,统一表示坐标系间的旋转与平移,代替现有的旋转矩阵、平移向量表示方式,建立单帧图像位姿估计直接解法的基本模型。数字仿真实验说明该闭环解法正确可行,计算效率较高。为了充分利用摄像测量采集的序列图像的时间维度信息,提出了以迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)为估计器的序列图像相对位姿估计解法。使用最优状态估计的理论来处理序列图像,选取相对位姿作为状态变量,以特征点的二维像点数据作为观测量,建立状态方程以及观测方程,利用IEKF估计船体变形待测状态变量的滤波值。数字仿真实验说明了基于IEKF的序列图像位姿估计算法正确可行,有较强的鲁棒性。为了验证提出的基于序列图像的位姿估计方法的有效性和鲁棒性,本文首先在实验室进行了船体垂向变形半实物仿真实验,实验结果说明提出方法正确有效,且在变形较小时有较高的测量精度。选取摄像测量方法测量某大船船体变形的部分实测数据,以长春光机所测量结果为基准,从纵扰和横扭两个方向的变形测量比较基于序列图像的滤波算法和原有的基于单帧图像的正交迭代位姿解算方法的算法精度、稳定性等,实验结果说明本文方法测量精度高,鲁棒性强。基于序列图像的摄像测量位姿估计方法,测量精度高、适用性强,有着重要的理论研究意义,在船体测量领域有着广阔的应用前景。