吉林大学学报(工学版) ›› 2009, Vol. 39 ›› Issue (05): 1401-1406.

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飞行器姿态参数的光学测量方法及其精度的蒙特卡罗模拟

 李喆, 丁振良, 袁峰   

  1. 哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系|哈尔滨150001
  • 收稿日期:2007-12-25 出版日期:2009-09-01 发布日期:2009-09-01
  • 通讯作者: 李喆(1978-),男,博士研究生.研究方向:飞行器姿态测量.Email:Lizhe1978@hit.edu.cn E-mail:Lizhe1978@hit.edu.cn
  • 作者简介:李喆(1978-),男,博士研究生.研究方向:飞行器姿态测量.Email:Lizhe1978@hit.edu.cn
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(50275040).

Optical measurement of aircraft attitude parameters and accuracy Monte Carlo simulation

LI Zhe,DING Zhen-liang,YUAN Feng   

  1. Department of Automatic Measurement and Control, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
  • Received:2007-12-25 Online:2009-09-01 Published:2009-09-01

摘要:

    提出了一种基于光学测量的屏幕光斑成像法的数学模型,用于测量飞行器目标三维姿态参数。首先,用激光跟踪仪对实验场地内的多方位高速摄像机和固定屏幕进行全局标定,并建立各坐标系间的转换关系,然后,通过安装在飞行器表面的激光器合作目标向屏幕上投射激光光斑,利用高速相机拍摄屏幕上随飞行器姿态变化而变化的光斑位置,并对得到的光斑序列图像进行分析以确定飞行器的姿态。通过蒙特卡罗模拟仿真,本文分析了该方法的误差因素并对其精度进行了评估。仿真数据表明,各姿态参数的测量误差基本服从正态分布,在一定转动范围内,其误差值不超过3′。

关键词: 飞行器控制和导航技术, 飞行器姿态测量, 精度分析, 蒙特卡罗模拟

Abstract:

    A new mathematical model based on optical measurement and screenspot images is proposed, which can be used to the measurement of aircraft attitude parameters. First, the highspeed cameras and the fixed screens on the test site are calibrated using laser tracker; the conversion relationships between various coordinate systems are established. Then, the laser cooperation object, fixed on the surface of aircraft, projects the laser beams on the screens, and the cameras synchronously record the positions of lightspots. The lightspots change with the aircraft attitude; hence the sequences of the recorded images can be used to calculate the attitude parameters of aircraft. The error sources of this model are analyzed and its measurement accuracy is estimated using Monte Carlo simulation. Experiment results show that the measurement error of each attitude obeys normal distribution approximately, which is no lager than 3′ when the rotation angles of the three axes are within certain ranges.

Key words: control and navigation technology of aerocraft, aircraft attitude measurement, accuracy evaluation, Monte Carlo simulation

中图分类号: 

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