[发明专利]目标空间位置和姿态的单个PSD探测方法

说明书

本发明涉及目标空间位置和姿态探测的技术领域，为实现在探测目标空间位置的同时可以完成姿态角度的测量，具有探测响应速度快、分辨率高、信号处理电路简单以及对被测环境背景与光学系统要求较低，同时有效地提升探测效率。为此，本发明采用的技术方案是，目标空间位置和姿态的单个PSD探测方法，使被测目标发光指示单元的若干光源按照指定时序和编码特征发光，利用单个PSD探测得到各个发光光源的具体位置，经过相应的信号处理并结合与光源空间结构化布局对应的算法直接解析出被测目标的空间位置坐标和角度姿态。本发明主要应用于目标空间位置和姿态探测场合。

技术领域

本发明涉及目标空间位置和姿态探测的技术领域，尤其涉及一种使用单个PSD同时完成目标空间位置和姿态探测的方法，可用于空中单元目标的瞄准和对接系统，具体讲,涉及目标空间位置和姿态的单个PSD探测方法。

背景技术

目标空间位置和姿态探测在军事、自动化和民用领域等方面有重要的地位，然而目前国内外对于目标空间位置坐标和姿态角偏转等参数的获取主要是通过高速摄像机、光电经纬仪等测量设备，而且大多数是利用多个探测器才能实现被测目标的空间参数测量。CCD探测器通过采集被测目标的图像信息并进行处理后可以得出其空间位置和姿态参数。由于CCD传输的是图像信息，其测量精度在很大程度上依赖高像素的照片，而高像素要求会影响相机的传输帧频，因此基于CCD的目标空间位置姿态测量在精度和响应速度上是矛盾的。此外，由于CCD是分割型器件，像素大小限制了CCD的分辨率，采用扫描的方式影响了探测器响应速度，而且CCD探测过程对成像系统要求较高，使得后续处理电路设计复杂，也不能很好地满足夜间和能见度不好等恶劣天气条件。

位置敏感探测器PSD是二十世纪中后期发展起来的一种基于横向光电效应的半导体器件，它可以将光源照射在敏感面上的光斑强度和位移量转换成电流信号，即输出电极电流信号就代表光源的位置信息。与CCD相比，PSD是一种连续型模拟器件，其克服了阵列型器件分辨率受像元尺寸限制的缺陷，而且输出方式不需要扫描从而提高了探测速度同时也简化了测量电路。PSD对被测环境背景与光学系统要求较低，因此可以广泛地运用于工业检测和军事航天等多个领域。

虽然PSD具有探测精度高、响应速度快、实用性强等优点，但是目前国内外对于PSD的应用场合主要还是集中于目标空间位置的探测，缺乏一种利用PSD同时测量目标空间位置和姿态的综合方法和手段。此外，目前研究人员对于目标空间位置姿态的测量大多数采用了多个探测器和单光源的组合测量系统，存在系统复杂、操作繁琐、数据处理工作量大的缺点，若使用单个探测器和空间结构化布局的多光源组合作为探测系统，可以在一定程度上提升探测效率。

发明内容

为克服现有CCD探测器在目标空间位置姿态探测领域存在的响应速度受限、分辨率受限、测量电路复杂、对被测环境和成像系统要求高的缺点以及PSD未能同时实现目标空间位置和姿态测量的不足，本发明旨在提出一种利用PSD对目标空间三维位置、探测距离以及俯仰角、偏航角、滚转角具体姿态角度的测量方法，即在探测目标空间位置的同时可以完成姿态角度的测量，具有探测响应速度快、分辨率高、信号处理电路简单以及对被测环境背景与光学系统要求较低等显著优势。此外，本发明使用单个PSD并结合使用空间结构化布局的多光源发光指示单元，以此作为目标空间位置和姿态信号采集系统，在一定程度上可以有效地提升探测效率。为此，本发明采用的技术方案是，目标空间位置和姿态的单个PSD探测方法，使被测目标发光指示单元的若干光源按照指定时序和编码特征发光，利用单个PSD探测得到各个发光光源的具体位置，经过相应的信号处理并结合与光源空间结构化布局对应的算法直接解析出被测目标的空间位置坐标和角度姿态。