[发明专利]一种适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置及工作方法

说明书

本发明公开了一种适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置及工作方法。该测量装置包括合作靶标、相机系统、台上计算机系统、通信系统及上位机。实验时：利用红外灯阵做成的合作靶标提供特征点群；再利用相机系统采集图像信息；将图像信息发送给台上计算机进行图像的预处理以提取出特征点在像素坐标系下的坐标，并进一步利用SoftPOSIT算法迭代求解出气浮台的姿态信息；最终通过通信系统将姿态信息发送给上位机实时显示。本发明具有成本低、实施性强、全物理仿真真实度高、所需空间小、稳定性高、性能好等优点。

技术领域

本发明涉及基于气浮台的卫星全物理仿真技术领域，尤其涉及一种适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置与工作方法。

背景技术

气浮台是一种航天器的地面验证装置，通过压缩空气在气浮轴承和轴承座之间形成气膜，使得气浮台悬浮，以抵消重力及其他干扰力矩，模拟卫星在太空中微重力的环境。作为航天器的地面验证装置，气浮台的研制一般与航天器的研制同时进行，可以有效减少航天器在太空中出现问题而产生的不必要损失。

在气浮台的模拟实验中，确定气浮台的姿态信息是后续执行机构工作的基础。常用的姿态测量器件由倾角计、惯性测量单元、陀螺仪，但这些器件存在易受干扰、功耗大或是占用空间大等缺点，并且成本较高。

视觉导航技术具有成本低，抗干扰性强，精度高的特点，适用于气浮台的姿态测量。一般运用于气浮台的视觉导航技术方案复杂，模拟空间真实性低，成本较高。因此需要一种系统简单、成本低、真实性高、所占空间小、性能好的气浮台视觉导航方法。

发明内容

本发明针对上述要解决的问题，提供一种适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置及工作方法，该装置的组成系统简单、成本低、真实性高、所占空间小、精度较高。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：

1.一种适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置，其特征在于，包括合作靶标、相机系统、台上计算机系统、通信系统及上位机。

所述合作靶标用于提供目标特征点群。

所述相机系统用于采集显示合作靶标的图像。

所述台上计算机系统用于处理CCD相机输出的图像信息以提取特征点的像素坐标，并根据SoftPOSIT算法解算出气浮台相对于合作靶标的姿态。

所述通信系统用于在台上计算机与上位机之间传输气浮台姿态信息。

所述上位机用于实时显示解算出的气浮台姿态信息。

2.根据权利要求1所述的适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置，其特征在于：所述合作靶标由红外灯珠、锂电池、PCB板及机械结构组成。

红外灯珠用来提供特征标识，选用八个红外灯珠，每四个灯珠分为一组，共两组，分布在不同平面不同半径的同心圆上，且两个平面之间的深度变化小于靶标平面到CCD相机之间距离的十分之一。

锂电池与PCB板用于组成点亮红外灯珠的电路。

靶标的机械结构用于固定红外灯珠，完成对红外灯珠的绝对定位。

3.根据权利要求1所述的适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置，其特征在于：所述相机系统由CCD相机、滤波片及LCD组成。

CCD相机安装在台体上，用于采集合作靶标的图像。

滤波片置于CCD相机镜头上，用于滤除可见光，保证获取的图像中只有红外灯珠的影像。

LCD用于实时显示CCD相机采集到的图像。

4.一种采用权利要求1所述的适用于气浮台的单目视觉姿态测量装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)打开锂电池开关，点亮红外灯珠。