專利名稱：用于消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光測圖象技術(shù)、攝影測量和計算機視覺等領(lǐng)域，進一步是指用于消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法。
背景技術(shù)：
光測圖象技術(shù)具有精度高、非接觸、成本低等特點，在許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。光測圖象技術(shù)通過處理目標(biāo)的圖象進行測量，因而直接測量到的是目標(biāo)相對于像機的位置、姿態(tài)等，而與目標(biāo)或像機的絕對運動無關(guān)。如果需要得到目標(biāo)位置、姿態(tài)等的絕對量，則要求像機絕對不動或通過附加措施對其運動的影響加以修正。
例如可見光遙感衛(wèi)星，它在對預(yù)定地區(qū)進行攝影的同時，另外用一臺星相機對天空中的固定參考物(恒星等)進行攝影，以測定對地攝影時刻衛(wèi)星的位置和姿態(tài)，從而對固連的主像機的位置和姿態(tài)進行修正。在這個例子中，認(rèn)為主像機、星相機與衛(wèi)星的主體結(jié)構(gòu)是一個穩(wěn)固的整體，它們之間沒有相對運動。
對于在振動環(huán)境中進行的光測，則不能將像機和振動環(huán)境視為穩(wěn)固的整體。例如用光測方法測量在實驗室中進行撞擊實驗的撞擊物體的運動或用光測方法測量風(fēng)洞實驗中實驗?zāi)Ｐ偷倪\動，猛烈地撞擊過程或吹風(fēng)過程會使實驗環(huán)境發(fā)生振動，也使得光測所用的像機的位置和姿態(tài)發(fā)生變化。由于環(huán)境振動的無規(guī)律性，在該環(huán)境中的各個設(shè)備都將做不可預(yù)知的無規(guī)律的相對運動。在這樣的振動的實驗環(huán)境內(nèi)部不存在可作為絕對基準(zhǔn)的不動的參考物，只能在此環(huán)境之外選定一固定參考物。同時，由于實驗環(huán)境相對外界的較封閉的特性，從主像機的位置到所選定的固定參考物間通常不能通視。因而，如果在此實驗環(huán)境的某一可通視所選定的固定參考物的位置安裝一副像機，由于該副像機與主像機所處位置不同，它們各自做著不同的運動，無法通過副像機測量固定參考物來標(biāo)定主像機的運動；如果將副像機與主像機固連，雖然二者間不再有相對運動，但此時副像機不能通視固定參考物，僅依靠副像機仍無法標(biāo)定主像機的運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，通過在振動環(huán)境中工作的主像機上固連(即剛性連接，后同)副像機，在副像機與實驗環(huán)境以外的固定參考物間某一即可通視副像機又可通視固定參考物的位置安裝一固連合作標(biāo)志的接力像機，構(gòu)成姿態(tài)像機系統(tǒng)；直接由這套系統(tǒng)通過接力測量得到待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)，并由此姿態(tài)像機系統(tǒng)接力測量得到由于環(huán)境振動引起的副像機位置和姿態(tài)的變動，從而得到主像機的位置和姿態(tài)的變動并據(jù)此對測量結(jié)果進行修正；本方法可在振動環(huán)境使主像機的位置、姿態(tài)發(fā)生變化而影響測量結(jié)果，并且固定參考物無法從實驗位置通視的情況下，消除振動環(huán)境對光測的影響。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法是在振動并且相對較封閉的實驗環(huán)境中用主像機拍攝目標(biāo)的圖象；副像機與主像機固連；在某一既可通視副像機又可通視固定參考物的位置安裝一固連有合作標(biāo)志的接力像機，由副像機、接力像機及其所固連的合作標(biāo)志構(gòu)成姿態(tài)像機系統(tǒng)；由所述姿態(tài)像機系統(tǒng)通過接力測量得到待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)；用此姿態(tài)像機系統(tǒng)接力測量得到由于環(huán)境振動引起的副像機位置和姿態(tài)的變動，從而得到主像機的位置和姿態(tài)的變動并據(jù)此對測量結(jié)果進行修正。
本測量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用其它的布局方式。
以下對本發(fā)明做出進一步說明。
本發(fā)明技術(shù)方案基本原理如圖1。在振動并且相對較封閉的實驗環(huán)境中用主像機C0拍攝目標(biāo)G的圖象。副像機C1與主像機固連，即在實驗過程中，主、副像機之間沒有相對運動。主、副像機所處的位置不能與實驗環(huán)境以外的固定參考物W通視。在某一即可通視副像機又可通視固定參考物的位置安裝一固連有合作標(biāo)志S的接力像機C2。C1、S和C2構(gòu)成了姿態(tài)像機系統(tǒng)。即可以直接由這套系統(tǒng)通過接力測量得到待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)，也可以用此姿態(tài)像機系統(tǒng)接力測量得到由于環(huán)境振動引起的副像機位置和姿態(tài)的變動，從而得到主像機的位置和姿態(tài)的變動并據(jù)此對測量結(jié)果進行修正。本測量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用其它的布局方式，如圖2(a)、(b)或(c)。
本發(fā)明的實施系統(tǒng)由以下分系統(tǒng)組成1.前期標(biāo)定系統(tǒng)本分系統(tǒng)由精密加工的標(biāo)定參照物(網(wǎng)格板等)和輔助攝像機等組成。本分系統(tǒng)用于完成現(xiàn)場實驗前所需的各項標(biāo)定工作，包括標(biāo)定像機系統(tǒng)C0、C1、C2的參數(shù)，標(biāo)定固連的C0和C1間的相對位置和姿態(tài)。以及標(biāo)定固連的S和C2間的相對位置和姿態(tài)。
2.目標(biāo)實測系統(tǒng)本分系統(tǒng)即直接用于測量目標(biāo)位置和姿態(tài)的主像機C0。C0可以是一臺像機，也可以是多臺像機組成的像機系統(tǒng)。
3.修正振動影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)本分系統(tǒng)由與主像機C0固連的副像機C1，在即可通視副像機又可通視固定參考物的位置安裝的接力像機C2和與C2固連的合作標(biāo)志S組成。C1可能是一臺像機，也可能是多臺像機組成的像機系統(tǒng)；C2可以是一臺像機，也可以是多臺像機組成的像機系統(tǒng)。本分系統(tǒng)也有其它的組成和布局方式。
關(guān)于系統(tǒng)的前期標(biāo)定的方法。系統(tǒng)的前期標(biāo)定完成現(xiàn)場實驗前所需的各項標(biāo)定工作，包括標(biāo)定像機系統(tǒng)C0、C1、C2的參數(shù)，標(biāo)定固連的C0和C1間的相對位置和姿態(tài)，以及標(biāo)定固連的S和C2間的相對位置和姿態(tài)。這些標(biāo)定的方法不屬本發(fā)明的內(nèi)容，此處不贅述。
關(guān)于用主像機C0測量C0和目標(biāo)間相對位置和姿態(tài)，用副像機C1測量C1和合作標(biāo)志S間相對位置和姿態(tài)，用接力像機C2測量C2和固定參考物W間相對位置和姿態(tài)的方法。這些測量相對位置和姿態(tài)的方法較多，但不屬本發(fā)明的內(nèi)容，此處不贅述。
關(guān)于通過姿態(tài)像機系統(tǒng)接力直接得到待測目標(biāo)相對固定參考物的位置和姿態(tài)的方法。如圖1，建立目標(biāo)體坐標(biāo)系OG-XGYGZG，主像機坐標(biāo)系OC0-XC0YC0ZC0，副像機坐標(biāo)系OC1-XC1YC1ZC1，合作標(biāo)志坐標(biāo)系OS-XSYSZS，接力像機坐標(biāo)系OC2-XC2YC2ZC2和固定參考物坐標(biāo)系OW-XWYWZW。
在以下的敘述中，點P在坐標(biāo)系OA-XAYAZA中的坐標(biāo)向量記為PA，即PA＝[XA，YA，ZA]T，點P在坐標(biāo)系OB-XBYBZB中的坐標(biāo)向量為記PB，即PB＝[XB，YB，ZB]T；坐標(biāo)系OA-XAYAZA與坐標(biāo)系OB-XBYBZB間的變換關(guān)系由旋轉(zhuǎn)矩陣RA-B和平移向量TA-B描述為PB＝RA-B·PA+TA-B，或由旋轉(zhuǎn)矩陣RB-A和平移向量TB-A描述為PA＝RB-A·PB+TB-A。其中平移向量為一三維向量，描述了兩坐標(biāo)系間的相對位置關(guān)系；旋轉(zhuǎn)矩陣為一三階單位正交陣，描述了兩坐標(biāo)系間的相對姿態(tài)關(guān)系。
待測目標(biāo)G相對于主像機C0的位置和姿態(tài)由平移向量TG-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RG-C0描述，即PC0＝RG-C0·PG+TG-C0(1)
固定參考物W相對于接力像機C2的位置和姿態(tài)由平移向量TW-C2和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C2描述，即PC2＝RW-C2·PW+TW-C2(2)接力像機C2相對于所固連的合作標(biāo)志S的位置和姿態(tài)由平移向量TC2-S和旋轉(zhuǎn)矩陣RC2-S描述，即PA＝RC2-S·PC2+TC2-S(3)合作標(biāo)志S相對于副像機C1的位置和姿態(tài)由平移向量TS-C1和旋轉(zhuǎn)矩陣RS-C1描述，即PC1＝RS-C1·PS+TS-C1(4)固連在一起的主、副像機間的關(guān)系，即副像機C1相對于主像機C0的位置和姿態(tài)由平移向量TC1-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RC1-C0描述，即PC0＝RC1-C0·PC1+TC1-C0(5)待測目標(biāo)G相對于主像機C0的位置和姿態(tài)又可以由平移向量TC0-G和旋轉(zhuǎn)矩陣RC0-G描述，即PG＝RC0-G·PC0+TC0-G(6)與(1)式比較，有，RC0-G=RG-C0-1,]]>TC0-G=-RG-C0-1·TG-C0.]]>根據(jù)(2)～(6)式，有PG＝RC0-G·(RC1-C0·(RS-C1·(RC2-S·(RW-C2·PW+TW-C2)+TC2-S)+TS-C1)+TC1-C0)+TC0-G(7)如果以平移向量TW-G和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-G來描述待測目標(biāo)G相對于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PG＝RW-G·PW+TW-G(8)則有RW-G＝RC0-G·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·RW-C2(9)TW-G=(RC0-G·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·TW-C2+RC0-G·RC1-C0·RS-C1·TC2-S+RC0-G·RC1-C0·TS-C1+RC0-G·TC1-C0+C0-G)--(10)]]>而如果以平移向量TG-W和旋轉(zhuǎn)矩陣RG-W來描述待測目標(biāo)G相對于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PW＝RG-W·PG+TG-W(11)與(8)式比較，有，RG-W=RW-G-1,]]>TG-W=-RW-G-1·TW-G.]]>即解算描述待測目標(biāo)G相對于固定參考物W的位置和姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的公式為
RG-W=(RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·RW-C2)-1--(12)]]>TG-W=-(RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·RW-C2)-1·(RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·RC2-S·TW-C2+RG-C0-1·RC1-C0·RS-C1·TC2-S+RG-C0-1·RC1-C0·TS-C1+RG-C0-1·TC1-C0-RG-C0-1·TG-C0)--(13)]]>旋轉(zhuǎn)矩陣單位正交，即R-1＝RT，則(12)、(13)式可化為RG-W=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·RG-C0--(14)]]>TG-W=-(RW-C2T·TW-C2+RW-C2T·RC2-ST·TC2-S+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·TS-C1+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TC1-C0-RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TG-C0)--(15)]]>(14)式和(15)式等號右側(cè)的各項都可以通過前期標(biāo)定或用主像機C0測0量C0與目標(biāo)間相對位置和姿態(tài)或用副像機C1測量C1與合作標(biāo)志S間相對位置和姿態(tài)或用接力像機C2測量C2與固定參考物W間相對位置和姿態(tài)的方法得到，因而可以據(jù)此解算出待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)。
關(guān)于通過姿態(tài)像機系統(tǒng)接力標(biāo)定主像機位置和姿態(tài)受振動環(huán)境影響所發(fā)生的變化的方法。如圖1，建立目標(biāo)體坐標(biāo)系OG-XGYGZG，主像機坐標(biāo)系OC0-XC0YC0ZC0，副像機坐標(biāo)系OC1-XC1YC1ZC1，合作標(biāo)志坐標(biāo)系OS-XSYSZS，接力像機坐標(biāo)系OC2-XC2YC2ZC2和固定參考物坐標(biāo)系OW-XWYWZW。
在以下的敘述中，點P在坐標(biāo)系OA-XAYAZA中的坐標(biāo)向量記為PA，即PA＝[XA，YA，ZA]T，點P在坐標(biāo)系OB-XBYBZB中的坐標(biāo)向量記為PB，即PB＝[XB，YB，ZB]T；坐標(biāo)系OA-XAYAZA與坐標(biāo)系OB-XBYBZB間的變換關(guān)系由旋轉(zhuǎn)矩陣RA-B和平移向量TA-B描述為PB＝RA-B·PA+TA-B，或由旋轉(zhuǎn)矩陣RB-A和平移向量TB-A描述為PA＝RB-A·PB+TB-A。其中平移向量為一三維向量，描述了兩坐標(biāo)系間的相對位置關(guān)系；旋轉(zhuǎn)矩陣為一三階單位正交陣，描述了兩坐標(biāo)系間的相對姿態(tài)關(guān)系。
固連在一起的主、副像機間的關(guān)系，即副像機C1相對于主像機C0的位置和姿態(tài)由平移向量TC1-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RC1-C0描述，即PC0＝RC1-C0·PC1+TC1-C0(16)合作標(biāo)志S相對于副像機C1的位置和姿態(tài)由平移向量TS-C1和旋轉(zhuǎn)矩陣RS-C1描述，即PC1＝RS-C1·PS+TS-C1(17)接力像機C2相對于所固連的合作標(biāo)志S的位置和姿態(tài)由平移向量TC2-S和旋轉(zhuǎn)矩陣RC2-S描述，即
PS＝RC2-SPC2+TC2-S(18)固定參考物W相對于像機C2的位置和姿態(tài)由平移向量TW-C2和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C2描述，即PC2＝RW-C2·PW+TW-C2(19)根據(jù)(17)～(19)式，有PC1＝RS-C1·(RC2-S·(PW-C2·PW+TW-C2)+TC2-S)+TS-C1(20)如果以平移向量TW-C1和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C1來描述副像機C1相對于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PC1＝RW-C1·PW+TW-C1(21)則有RW-C1＝RS-C1·RC2-S·RW-C2(22)TW-C1＝RS-C1·RC2-S·TW-C2+RS-C1·TC2-S+TS-C1(23)主像機C0和副像機C1固連，接力像機C2和合作標(biāo)志S固連，因而環(huán)境的振動不會引起RC1-C0，TC1-C0，RC2-S和TC2-S的變化。環(huán)境的振動將會引起RS-C1，TS-C1，RW-C2和TW-C2的變化，設(shè)由于環(huán)境的振動使這些量分別變化為R’S-C1，T’S-C1，R’W-C2和T’W-C2；設(shè)由于環(huán)境的振動使副像機C1相對于固定參考物W的位置和姿態(tài)變化為T’W-C1和R’W-C1，則有R′W-C1＝R′S-C1·RC2-S·R′W-C2(24)T′W-C1＝R′S-C1·RC2-S·T′W-C2+R′S-C1·TC2-S+TS-C1(25)設(shè)環(huán)境振動引起的TW-C1和RW-C1的變化量分別為ΔTW-C1和ΔRW-C1，即R′W-C1＝RW-C1·ΔRW-C1(26)T′W-C1＝TW-C1+ΔTW-C1(27)則ΔRW-C1=RW-C1-1·RW-C1′--(28)]]>ΔTW-C1＝T′W-C1-TW-C1(29)如果以平移向量TW-C0和旋轉(zhuǎn)矩陣RW-C0來描述主像機C0相對于固定參考物W的位置和姿態(tài)，即PC0＝RW-C0·PW+TW-C0(30)又由于PC1＝RW-C1·PW+TW-C1(31)
PC0＝RC1-C0·PC1+TC1-C0(32)由(31)和(32)式，得PC0＝RC1-C0·RW-C1·PW+RC1-C0·TW-C1+TC1-C0(33)因而有RW-C0＝RC1-C0·RW-C1(34)TW-C0＝RC1-C0·TW-C1+TC1-C0(35)設(shè)由于環(huán)境的振動使主像機C0相對于固定參考物W的位置和姿態(tài)變化為T’W-C0和R’W-C0，則有R′W-C0＝RC1-C0·R′W-C1(36)T′W-C0＝RC1-C0·T′W-C1+TC1-C0(37)設(shè)環(huán)境振動引起的TW-C0和RW-C0的變化量分別為ΔTW-C0和ΔRW-C0，即R′W-C0＝RW-C0·ΔRW-C0(38)T′W-C0＝TW-C0+ΔTW-C0(39)則ΔRW-C0=RW-C0-1·RW-C0′--(40)]]>ΔTW-C0＝T′W-C0-TW-C0(41)將(34)～(37)式代入(40)和(41)式，并考慮到旋轉(zhuǎn)矩陣單位正交，有ΔRW-C0=RW-C1T·RW-C1′--(42)]]>ΔTW-C0＝RC1-C0·(T′W-C1-TW-C1) (43)注意到(28)和(29)式，可得主像機相對固定參考物的位置和姿態(tài)變化量與副像機相對固定參考物的位置和姿態(tài)變化量間的關(guān)系為ΔRW-C0＝ΔRW-C1(44)ΔTW-C0＝RC1-C0·ΔTW-C1(45)進而得ΔRW-C0=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RS-C1′·RC2-S·RW-C2′--(46)]]>ΔTW-C0=RC1-C0·(RS-C1′·RC2-S·TW-C2′+RS-C1′·TC2-S+TS-C1′-RS-C1·RC2-S·TW-C2-RS-C1·TC2-S-TS-C1)--(47)]]>(46)式和(47)式等號右側(cè)的各項都可以通過前期標(biāo)定或用主像機C0測量C0和目標(biāo)T間相對位置和姿態(tài)或用副像機C1測量C1和合作標(biāo)志S間相對位置和姿態(tài)或用接力像機C2測量C2和固定參考物W間相對位置和姿態(tài)的方法得到，因而可以據(jù)此解算出主像機相對于固定參考物的位置和姿態(tài)的變化量，用來對測量結(jié)果進行修正。
關(guān)于測量系統(tǒng)中各設(shè)備可采用的其它布局方式。測量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用如圖2(a)、(b)或(c)的布局方式。
圖2(a)表示的設(shè)備布局方式是，像機C0拍攝待測目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機C1拍攝合作標(biāo)志S，像機C2與C1固連，C2拍攝實驗環(huán)境外的固定參考物W。
圖2(b)表示的設(shè)備布局方式是，像機C0拍攝待測目標(biāo)G，像機C1與C0固連，像機C1拍攝合作標(biāo)志S，像機C2與實驗環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S。
圖2(c)表示的設(shè)備布局方式是，像機C0拍攝待測目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機C1拍攝合作標(biāo)志S，合作標(biāo)志S與C1固連，像機C2與實驗環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S’。
由以上可知，本發(fā)明為用于消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法。本方法通過在振動環(huán)境中工作的主像機上固連副像機，在副像機與實驗環(huán)境以外的固定參考物間某一即可通視副像機又可通視固定參考物的位置安裝一固連合作標(biāo)志的接力像機，構(gòu)成姿態(tài)像機系統(tǒng)；既可以直接由這套系統(tǒng)通過接力測量得到待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)，也可以用此姿態(tài)像機系統(tǒng)接力測量得到由于環(huán)境振動引起的副像機位置和姿態(tài)的變動，從而得到主像機的位置和姿態(tài)的變動并據(jù)此對測量結(jié)果進行修正。本測量系統(tǒng)中各設(shè)備還可采用其它的布局方式。本方法的意義在于在振動環(huán)境使主像機的位置、姿態(tài)發(fā)生變化而影響測量結(jié)果，并且固定參考物無法從實驗位置通視的情況下，消除了振動環(huán)境對光測的影響。


圖1用于消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力方法原理圖；其中，G為待測目標(biāo)，OG-XGYGZG為目標(biāo)體坐標(biāo)系，C0為主像機，OC0-XC0YC0ZC0為主像機坐標(biāo)系，C1為副像機，OC1-XC1YC1ZC1為副像機坐標(biāo)系，C2為接力像機，OC2-XC2YC2ZC2為接力像機坐標(biāo)系，S為合作標(biāo)志，OS-XSYSZS為合作標(biāo)志坐標(biāo)系，W為固定參考物，OW-XWYWZW為固定參考物坐標(biāo)系；圖2(a)設(shè)備布局方式之二；其中，G為待測目標(biāo)，S為合作標(biāo)志，W為固定參考物，C0、C1、C2為像機；
圖2(b)設(shè)備布局方式之三；其中，G為特測目標(biāo)。S為合作標(biāo)志，W為固定參考物，C0、C1、C2為像機；圖2(c)設(shè)備布局方式之四；其中，G為待測目標(biāo)，S、S’為合作標(biāo)志，W為固定參考物，C0、C1、C2為像機。
具體實施例方式
1.制備和安裝姿態(tài)像機系統(tǒng)；2.標(biāo)定各像機或像機系統(tǒng)，標(biāo)定主副像機之間、接力像機與所固連的合作標(biāo)志之間的相對位置和姿態(tài)；3.如果實驗中需要如前所述的通過姿態(tài)像機系統(tǒng)接力標(biāo)定主像機位置和姿態(tài)受振動環(huán)境影響所發(fā)生的變化，則在實驗開始前由姿態(tài)像機系統(tǒng)采集不受環(huán)境振動影響下的圖像，解算各旋轉(zhuǎn)矩陣、平移向量等；4.在實驗中，與主像機對目標(biāo)采圖同步的，姿態(tài)像機系統(tǒng)各像機進行相應(yīng)的采圖；5.根據(jù)實驗需要，進行如前所述的關(guān)于通過姿態(tài)像機系統(tǒng)接力直接得到待測目標(biāo)相對固定參考物的位置和姿態(tài)或通過姿態(tài)像機系統(tǒng)接力標(biāo)定主像機位置和姿態(tài)受振動環(huán)境影響所發(fā)生的變化的數(shù)據(jù)處理。
權(quán)利要求
1.一種消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法，其特征是，它包括在振動并且相對較封閉的實驗環(huán)境中用主像機拍攝目標(biāo)的圖象；副像機與主像機固連；在某一既可通視副像機又可通視固定參考物的位置安裝一固連有合作標(biāo)志的接力像機，由副像機、接力像機及其所固連的合作標(biāo)志構(gòu)成姿態(tài)像機系統(tǒng)；由所述姿態(tài)像機系統(tǒng)通過接力測量得到待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)或用此姿態(tài)像機系統(tǒng)接力測量得到由于環(huán)境振動引起的副像機位置和姿態(tài)的變動，從而得到主像機的位置和姿態(tài)的變動并據(jù)此對測量結(jié)果進行修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法，其特征是，以平移向量TG-W和旋轉(zhuǎn)矩陣RG-W來描述待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)，則有RG-W=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·RG-C0]]>TG-W=-RW-C2T·TW-C2+RW-C2T·RC2-ST·TC2-S+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·TS-C1+RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TC1-C0-RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RC1-C0T·TG-C0]]>其中，TW-C2，RW-C2為描述固定參考物與接力像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TC2-S，RC2-S為描述接力像機與合作標(biāo)志間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TS-C1，RS-C1為描述合作標(biāo)志與副像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TC1-C0，RC1-C0為描述主像機與副像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TG-C0，RG-C0為描述待測目標(biāo)與主像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；以上兩式等號右側(cè)的各項均由前期標(biāo)定或用主像機測量主像機與目標(biāo)間相對位置和姿態(tài)或用副像機測量副像機與合作標(biāo)志間相對位置和姿態(tài)或用接力像機測量接力像機與固定參考物間相對位置和姿態(tài)的方法得到，據(jù)此解算出待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法，其特征是，設(shè)環(huán)境振動引起的主像機相對固定參考物的位置和姿態(tài)的變化量分別為ΔTW-C0和ΔRW-C0，則有ΔRW-C0=RW-C2T·RC2-ST·RS-C1T·RS-C1′·RC2-S·RW-C2′]]>ΔTW-C0=RC1-C0·RS-1′·RC2-S·TW-C2′+RS-C1′·TC2-S+TS-C1′-RS-C1·RC2-S·TW-C2-RS-C1·TC2-S-TS-C1]]>其中，TW-C2，RW-C2為描述環(huán)境無振動時固定參考物與接力像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；T’W-C2，R’W-C2為描述環(huán)境有振動時固定參考物與接力像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TC2-S，RC2-S描述接力像機與合作標(biāo)志間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；TS-C1，RS-C1為描述環(huán)境無振動時合作標(biāo)志與副像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；T’S-C1，R’S-C1為描述環(huán)境有振動時合作標(biāo)志與副像機間相對位置和姿態(tài)的平移向量和旋轉(zhuǎn)矩陣；RC1-C0為描述主像機與副像機間相對姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)矩陣；以上兩式等號右側(cè)的各項都由前期標(biāo)定或用主像機測量主像機與目標(biāo)間相對位置和姿態(tài)或用副像機測量副像機和合作標(biāo)志間相對位置和姿態(tài)或用接力像機測量接力像機和固定參考物間相對位置和姿態(tài)的方法得到，據(jù)此解算出主像機相對于固定參考物的位置和姿態(tài)的變化量而對測量結(jié)果進行修正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法，其特征是所述測量系統(tǒng)中各設(shè)備的另一種布局是，像機C0拍攝待測目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機C1拍攝合作標(biāo)志S，像機C2與C1固連，C2拍攝實驗環(huán)境外的固定參考物W。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法，其特征是所述測量系統(tǒng)中各設(shè)備的又一種布局是，像機C0拍攝待測目標(biāo)G，像機C1與C0固連，像機C1拍攝合作標(biāo)志S，像機C2與實驗環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法，其特征是所述測量系統(tǒng)中各設(shè)備的再一種布局是，像機C0拍攝待測目標(biāo)G，合作標(biāo)志S與C0固連，像機C1拍攝合作標(biāo)志S，合作標(biāo)志S’與C1固連，像機C2與實驗環(huán)境外的固定參考物W固連，C2拍攝S’。
全文摘要
一種用于消除振動環(huán)境對光測影響的姿態(tài)像機系統(tǒng)接力的方法。該方法是，在振動環(huán)境中工作的主像機上固連副像機，在副像機與實驗環(huán)境以外的固定參考物間某一即可通視副像機又可通視固定參考物的位置安裝一固連合作標(biāo)志的接力像機，構(gòu)成姿態(tài)像機系統(tǒng)；既可以直接由這套系統(tǒng)通過接力測量得到待測目標(biāo)相對于固定參考物的位置和姿態(tài)，也可以通過姿態(tài)像機系統(tǒng)接力測量得到由于環(huán)境振動引起的副像機位置和姿態(tài)的變動，從而得到主像機的位置和姿態(tài)的變動并據(jù)此對測量結(jié)果進行修正。測量設(shè)備的布局可以采用多種方式。在振動環(huán)境使主像機的位置、姿態(tài)發(fā)生變化而影響測量結(jié)果，并且固定參考物無法從實驗位置通視的情況下，能夠消除振動環(huán)境對光測的影響。
文檔編號G01C11/00GK1584502SQ0312475
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者于起峰, 尚洋, 丁曉華, 孫祥一 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)