[发明专利]空间拍机次镜六自由度精密调整机构标定算法和存储介质

说明书

本发明公开了一种空间拍机次镜六自由度精密调整机构标定算法和存储介质，依据运动学逆解理论建立模型，并根据模型和多组测量数据建立方程组，通过对方程组进行优化求解，以达到标定的目的。本发明的算法基于外部标定的方式，可以对空间拍机次镜六自由度精密调整机构进行校准，从而提高调整机构的绝对定位精度。本发明具有标定精度高、收敛速度快、易于实现等特点，能够同时保证标定过程的全局优化能力和局部收敛精度。

技术领域

本发明涉及空间机器人与空间相机相结合领域，具体涉及一种空间拍机次镜六自由度精密调整机构的标定算法和存储介质。

背景技术

空间光学望远镜中，主反射镜和次反射镜的相对位姿对于空间目标的成像质量有着重大影响，而工作环境的不确定性和运载火箭升空过程带来的震动要求空间相机具备在轨主动光学调节的能力。主镜的质量和体积相对较大，故在实际应用过程中，一般是将次镜安装在位置和姿态可六自由度调整的机构上，以达到主次镜相对位姿可调的目的。

空间机器人具有较高的重复定位精度，而绝对定位精度却相对较低，是限制空间机器人应用范围的主要因素。在导致空间机器人定位精度低的种种因素中，影响最大的是运动模型中几何结构的参数偏差，而标定是目前补偿这些参数偏差的主要方法，标定是指基于精确测量和模型，对模型中参数进行反向求解。因此，次镜调解机构的标定精度对提高空间拍机成像质量至关重要。

目前，次镜调节机构标定的难点主要在于：第一，精度要求高，标定后的模型位姿精度往往要求在微米和角秒级别；第二，参数数量多、维度大，且耦合性强。目前的研究来看，自标定和约束标定需要在调整机构中安装传感器或约束自由度，这些实现起来都比较困难，也无法获取位姿的全部信息，限制了标定精度的提高，因此外部标定法使用更为广泛。标定问题往往看作优化问题来处理，对于高维度、高精度的优化问题，既能保证局部求解精度又能保证全局优化的算法是十分必要的。因此一种高收敛精度的外标定全局算法成为迫切需求。

发明内容

为此，需要提供一种空间拍机次镜六自由度精密调整机构的标定算法，用以解决目前的次镜调节机构标定实现困难、精度无法满足要求等问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种空间拍机次镜六自由度精密调整机构的标定算法，该标定算法包括以下几个步骤：

步骤a：根据次镜调节机构的结构特征参数建立正逆解模型，模型参数采用制造与工装过程中给出的理论值，并通过调节机构的正解模型验证逆解模型的正确性；

步骤b：获取测量实验数据，记录驱动杆长变化量对应的平台位姿，使得每组位姿对应一组驱动杆的变化量，实验数据产生的独立方程数多于待标定的参数个数；

步骤c：将测得位姿代入逆解模型得到驱动杆长变换量的期望值、联合驱动杆长变化量实测值以及待标定参数构成残差函数，并依据最小二乘准则将求解问题转化为优化问题；

步骤d：用布谷鸟算法对步骤c中所述的优化问题进行全局搜索，根据制造与工装过程给出的公差限定各个参数变化范围，在此变化范围内随机生成多组参数向量，所述参数向量数不少于待标定参数个数，分别以集合内的各个元素作为初值，在参数变化范围内进行搜索，在搜索过程中，以残差函数的平方和作为目标函数，保留更优的结果，之后对所有元素进行随机替换，同样保留更优的结果，得到初始的全局优化结果U₀＝[u₁⁰ u₂⁰ ...u_n⁰]^T_1×n以及对应的残差平方和；其中，待标定参数个数为n-1，参数向量数为n；