[发明专利]一种基于光学的空间物体姿态测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种基于光学的空间物体姿态测量装置，其特征是：包括光阑、分光棱镜、反射镜和接收器，所述的光阑、分光棱镜、反射镜和接收器按照如下方式布置：平行准直光线经光阑达到分光棱镜上，之后的光线分成两路，第一路直接到达接收器中，第二路经过与空间物体固连的反射镜上折射到接收器中。

2.一种基于光学的空间物体姿态测量方法，其特征是：

当反射镜面随被检测物体绕X、Z、Y轴旋转ω(γ),β角后，镜面法向量也随之改变，并且其对应着反射面的三维转角的变化，同时接收器成像面上接受到的两十字位置也将发生变化，通过光学的自准直测量原理先解算出二维角度变化量：

假设反射镜平面的法向量I＝(1,0,0)^T,旋转之后向量:

I′=Roty=β×Rotz=γ×Rotx=α×I=cosωcosβsinγ-cosωsinβ]]>

其中：Rot_y＝β、Rot_z＝γ、Rot_x＝α分别绕OX轴、OY轴、OZ轴旋转α，β，γ角的坐标变换矩阵；

定义旋转后的向量I'与平面XOZ的夹角变化量为δ_y与平面XOY的夹角的变化量为δ_z，由I'的坐标可得：

δy=arcsin(sinγ1)=γ,]]>

δz=ar tan(-cosγsinβcosγcosβ)=-β,]]>

设成像面接受十字光标的水平和竖直方向上的偏移量S_y，S_z，通过测量得到，设焦距为f，由自准直测量原理可得十字光标的位移量与反射面的偏摆角δ_1z和俯仰角δ_1y的关系如下：

S_z＝ftan(2δ_z),

S_y＝ftan(2δ_y).

由于分化板在反射镜面在接收器之间，分化板只随反射镜的X轴转动，可以检测横滚角的变化；

γ＝arctan((k₂-k₁)/(1+k₂k₁))

其中，γ为滚动角，k₁表示基准十字靶标的横轴或竖轴的斜率，k₂表示旋转之后的十字靶标的横轴或者竖轴的斜率；

从而，通过图像对光标的检测获得被测物体的三维姿态角。