[发明专利]一种基于视觉投影尺度因子集的联合目标函数多推进器姿态角获取方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉投影尺度因子集的联合目标函数多推进器姿态角获取方法。步骤1：建立多飞行器推进器的坐标系；步骤2：投影尺度因子集为γ＝{γ₁,γ₂,…,γ_n}；步骤3：优化投影尺度因子集，建立多推进器姿态角获取最小目标函数；步骤4：对步骤3的最小目标函数进行反对称矩阵变形处理，通过多元多项式方程求解的形式；步骤5：对步骤4进一步采用Kronecker积和矩阵向量化函数进行处理；步骤6：因此最小目标函数最终可以表示成多项式。面阵CCD相机实现对多推进器图像的高速采集，避免了传统接触式测量中传感器响应速度的限制，响应速度快，且高速摄像机可快速布置，实施方便，布置不受空间限制。

技术领域

本发明属于飞行器地面仿真测试的技术领域；具体涉及一种基于视觉投影尺度因子集的联合目标函数多推进器姿态角获取方法。

背景技术

推进器姿态角精确控制是实现飞行器稳定、安全运行的基础，对推进器姿态角获取的精度直接关系到飞行器控制性能的准确性和可靠性；然而由于推进器受高压载荷、装配误差、加工精度、结构变形等因素的影响，会导致实际推进器位姿变化与控制输入数据存在一定的偏差，因此推进器位姿的精确测量技术是制约飞行器发动机能否实现工程应用的主要因素之一。

从现有的文献、专利调研来看，针对推进器姿态角信息获取的方法研究成果不是太多。推进器姿态角接触式获取方法成本较高，容易引入较大的人工误差，而且获取数据的精度和重复性难以保证，因此只需对比非接触式获取方法。本世纪初相关研究人员提出采用线阵CCD与自发光标线板相结合的推进器摆角获取方法。通过上标线位移分别计算在x轴、y轴方向上的推进器摆角分量以及z轴方向的位移，然后利用推进器摆角在x轴、y轴方向上的分量换算出推进器摆角，但是摆角测量范围仅仅是0～±8°；此外，实际上高压载荷条件下推进器摆心必然是移动的，从而上述方法虽然理论上可以获得较高的测量精度，但是实际测量精度难以评估；随后组合法测量姿态角被提出，通过将激光器固定于推进器上，推进器摆动时，激光束随之摆动；该方法在位移测量上的精度较高，但是由于其单纯采用位移测量代替角度测量，并且仅采用单个激光束进行位移测量，从而本质上是一维的测量方法，所以摆心移动，轴线移动等问题导致的测量精度问题难以解决；研究人员又采用红外光电探测和圆锥曲面拟合的推进器轴线、摆角等参数非接触测量方法，在推进器特定部位布置一些红外反光球，通过红外相机对特征点进行捕捉，但是系统搭建较为繁琐，无法确保测量的可靠性；还有一些文献中采用基于推进器圆锥曲面拟合的方法，而推进器表面加工误差等必然导致测量误差增大。

然而上述的方法存在如下局限性：(1)姿态角获取精度较低，难以满足高精度测量需求；(2)测量成本高、灵活性差，在实际的推进器测量中很难实现；(3)都是针对单一推进器的姿态角获取进行尝试；(4)没有实现不同坐标轴方向的姿态角时空一致性。

发明内容

本发明采用非接触式传感器——面阵CCD相机实现对多推进器图像的高速采集，避免了传统接触式测量中传感器响应速度的限制，响应速度快，且高速摄像机可快速布置，实施方便，布置不受空间限制；接着通过特征点标记，识别隶属于不同推进器的特征点；考虑推进器工作环境、噪声干扰因素，引入投影尺度因子集，建立适用于实际情况下的多推进器运动参数估计最优目标函数；将姿态角矩阵进行参数化分解，得到多元线性空间方程组，求解最优方程完成对多推进器姿态角的高精度获取。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于视觉投影尺度因子集的联合目标函数多推进器姿态角获取方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：建立多飞行器推进器的坐标系；

步骤2：在步骤1的坐标系下，投影尺度因子集为γ＝{γ₁,γ₂,…,γ_n}，其中，γ_i的大小满足γ_i＝||Rq_i^w+T||；