[发明专利]卫星气浮平台二维运动姿态参数测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术，具体涉及一种卫星气浮平台二维运动姿态参数测量装置。

背景技术

卫星气浮平台由气浮轴承和大理石底座组成，依靠压缩空气在气浮轴承与大理石底座之间形成的气膜，使气浮平台轴承浮起，气浮轴承和大理石底座之间摩擦极小，从而使气垫具有一维转动和平面两维平动能力，可以模拟卫星在太空中无摩擦的力学环境。作为空间飞行器运动模拟器，在卫星气浮平台上进行卫星控制系统全物理仿真实验能够检验系统的性能，是空间飞行器研制过程中的重要手段和方法。

卫星气浮平台在试验过程中需要通过姿态测量系统动态地给出气浮台的二维运动参数，包括位移、速度、角度、角速度，以便完成控制闭环。由于卫星气浮平台需要为卫星姿态控制系统物理仿真提供无干扰环境，以往接触式的测量装置和方法(如旋转变压器、感应同步器、光电码盘、光栅等)不适用于卫星气浮平台的测量，需要考虑新的测量方法和装置。

经检索文献发现，中国发明专利申请号：200610010260.2，专利名称为：三轴气浮台姿态角测量装置及其测量方法，该专利在卫星气浮平台上方安装有CCD摄像机，在气浮台台面上安装有测量LED光标系统，利用计算机视觉理论结合测量光标点间的距离信息，计算出气浮台台面相对于摄像机的相对运动参数。由于在视觉测量过程中需要计算出三个维度的姿态角和位移，计算速度受到限制。

中国发明专利申请号：200610010435.X，专利名称为：非接触式三轴气浮台转角测量装置及其测量方法，该专利采用彩色CCD摄像机采集由4个红光LED和微型绿色激光器在测量靶标白色底板上形成的光点构成的图像，利用计算机视觉理论并结合测量靶标及CCD摄像机安装信息，计算出气浮台台面的转动参数。但该方法不能计算平移信息。

在文献“卫星气浮平台视觉测量系统研究”(发表于中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2008年第24卷第4-1期，124-126)中，北京理工大学的刘伟、徐斌介绍一种利用机器视觉识别物体颜色特征的方法来检测卫星气浮平台的姿态变化的方法，通过摄像头获取的图像检测到目标点颜色，以此计算求出气浮平台的姿态。本文通过采用自适应阈值、快速预测搜索算法。但该系统使用颜色信息作为测量特征，其精度受到限制，同时该文没有给出明确的角度计算方法。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种卫星气浮平台二维运动姿态参数测量装置，通过这种方式实现对卫星气浮平台的非接触、无扰动、高频率的测量。

本发明解决问题所采用的技术如下：

一种卫星气浮台二维运动姿态参数测量装置，包括卫星气浮轴承台面、气浮轴承和大理石底座，气浮轴承安装在大理石底座上，卫星气浮轴承台面安装在气浮轴承上，通气后气浮轴承和大理石底座之间形成气膜，在气膜支撑下，卫星气浮轴承台面能够浮起，并且能够平动和转动。本装置还包括数字CCD摄像机、多个人工标志点、多个人工光源和计算机，卫星气浮轴承台面的上方安装有数字CCD摄像机，数字CCD摄像机与计算机连接，数字CCD摄像机的成像面与卫星气浮轴承台面平行，卫星气浮轴承台面的上方安装有多个人工光源，人工光源的光轴垂直于卫星气浮轴承台面，卫星气浮轴承台面上粘贴有多个人工标志点；数字CCD摄像机连续采集人工标志点的图像并传输到计算机，计算机将图像信息进行分析与处理，包括图像去噪、图像分割、提取人工标志特征和亚像素定位，确定人工标志点的像素坐标后，利用计算机视觉理论计算出卫星气浮平台的二维运动参数，包括位移、速度、旋转角度和角速度。

本发明还具有如下特征：

1.以上所述的数字CCD摄像机为黑白CCD数字摄像机，数字CCD摄像机通过数据线与转换器相连，转换器与计算机相连，数字CCD摄像机的镜头为物方远心镜头。

2.以上所述的人工标志点材料为回光反射膜，粘贴在气浮轴承台面上，人工标志点为两个，几何形状为圆形、三角形或矩形。

3.以上所述的人工光源的数量根据气浮轴承的运动范围进行调整。

4.以上所述的气浮轴承台面光滑平坦。

5.以上所述的计算机将图像信息进行分析与处理，包括图像去噪、图像分割、提取人工标志特征和亚像素定位，具体为：

(1)、使用中值滤波法去除图像噪声；

(2)、使用双峰法进行图像分割，统计图像所有像素点像素值，确定分割阈值，比照阈值将各像素二值化归类；

(3)、提取人工标志特征，根据图像分割结果，采用8邻域区域生长法确定光标特征像素；

(4)、采用重心法对光标进行亚像素高精度定位。