月球探测器运动参数高速摄像测量系统的关键技术研究

摘要

月球探测已是人类科技发展的必然之选。探测器登月之前必须验证其在月球环境中的安全着陆以及起飞，因此需要测量这两种验证试验中探测器的位置以及运动参数。
　　本文应用高速测量系统测量空间物体大尺度运动参数（姿态、速度、位移），主要完成了在静态测量中应用绝对定向解决了像机无法在目标坐标系下标定像机的问题；通过角度校验，实现了动态像机的高精度标定；分析速度误差成因，在物体速度较小的情况下，寻找目标起始运动位置更加准确；最后推导了广义经纬像机成像模型，利用试验场实测数据解算，结果满足测量要求。
　　本文完成的主要工作有：
　　1.介绍了大尺寸测量在工业应用中的需求以及国内外的发展情况，并介绍了摄像测量的优点及本次试验的可行性。
　　2.针对静态相机测量物体上升实验中，试验场设施不能直接完成目标坐标系下的相机标定，通过坐标系转换获得了目标坐标系下的相机参数。实验数据处理过程中根据实验情况选择合适的模板尺寸和跟踪半径，快速稳定的完成了目标跟踪。最后理论分析了测量误差限，对比实验结果，证明了实验结果的高精度性。
　　3.应用动态测量系统测量物体运动参数时，用原始的转台数据进行像机标定，标定结果误差较大。通过对转台的转角进行修正，使得标定结果有了较大改善。在求解速度误差时，用最优滤波求解的速度误差对实际数据没有指导意义，本文推导了适用于摄像测量的速度误差求解公式，在速度较小时，计算出的速度接近物体的实际运动速度。
　　4.动态测量系统中转台相机由于相机安装时偏离了转轴中心，以及转台自身码盘安装误差导致无法满足准同心广义经纬相机成像模型，因此本文推导了广义经纬相机成像模型，并对其成像过程进行了详细推导。仿真分析了标定过程中误差对各参数标定稳定性的影响。最后采用试验场数据，标定结果和交汇结果显示精度均有提高，满足测量要求。
　　5.简要分析了今后工作的进一步研究方向。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1课题研究背景介绍

1.2国内外大尺度运动参数非接触测量研究现状

1.3论文结构

第二章 高速摄像测量系统简介

2.1月球探测器验证实验测量需求

2.2静态测量系统介绍

2.3动态测量系统介绍

2.4高速摄像测量系统的主要算法介绍

2.5本章小结

第三章 静态测量系统测量运动物体参数

3.1静态像机标定方法介绍

3.2目标坐标系下的相机标定

3.3合作目标跟踪与数据解算

3.4精度分析论证与实验结果

3.5本章小结

第四章 动态测量系统测量运动物体参数

4.1准同心广义经纬像机标定方法介绍

4.2物体运动参数测量

4.3速度求解及误差分析

4.4本章小结

第五章 优化的广义经纬像机成像模型及标定仿真

5.1系统三轴误差对测角精度的影响

5.2优化的广义经纬像机成像模型

5.3成像模型系统仿真

5.4本章小结

结束语

总结

展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果