飞机姿态测量装置的光学系统设计及算法研究

姿态测量论文 合作目标论文 光斑中心论文 大气湍流论文 自适应补偿论文
论文详情
在新型号飞机试飞实验中,姿态参数测量是十分关键的。这些参量不仅反映飞机的飞行状态,而且对分析飞机的气动参量、试验鉴定以及排除故障隐患等具有实用价值和现实意义。光电测量技术具有非接触、简单方便、精度高等优点,在航空、航天领域中都具有着重要的应用,如无人机自主着舰光电引导系统、舰载直升机助降光电引导系统及航天器空间交会对接过程中的光电导航系统等。但这些系统的测量精度及实时性都有着较高的要求,有时甚至十分苛刻。因此,利用光电测量技术实现飞机三维姿态测量具有重要研究意义。本文利用合作目标的单站姿态测量原理,结合实际大气湍流条件下激光光束的漂移及扩展效应,提出利用补偿和定位后的激光光斑质心确定飞机外部姿态的方法。通过计算单帧激光光斑中心,提取单位时间内激光光斑质心组成的外围轮廓特征点,并将其构成多边形;以多边形图像质心作为参照,建立姿态测量自适应补偿模型。利用得到的自适应补偿模型求解飞机三维姿态信息。论文随后设计了飞机姿态测量装置中的光学系统,根据R-C光学系统,基于三级像差理论,设计了主次镜的基本结构,利用反射系统消除球差及彗差,完成折反系统的设计全视场弥散斑分布均匀。场曲小于0.05mm,全视场畸变小于0.1%。MTF在1161p/mm时接近衍射极限。为了满足实时性的要求,基于透视投影原理,推导求解目标三维姿态的最优化函数。通过统计大量光斑图像实验数据,将大气湍流的影响考虑在目标姿态测量误差中,提高了激光光斑中心的提取精度。采用多边形质心方法计算激光光斑中心,消除某一时刻由外界环境造成的偶然事件,提高了测量过程中每个环节的准确性。计算结果表明,当目标距离为3km时,采用模拟退火算法迭代解算并对结果进行自适应补偿,得到的姿态角误差最大值为0.221°,说明采用自适应补偿技术的姿态测量算法具有较高的姿态测量精度和收敛性。
摘要第3-5页
Abstract第5-6页
1 绪论第9-18页
    1.1 课题背景与意义第9页
    1.2 国内外发展现状第9-12页
    1.3 基于合作目标的飞行姿态测量方法应用第12-15页
        1.3.1 合作目标在无人机自主着舰应用第12-13页
        1.3.2 飞行器外部姿态测量应用第13页
        1.3.3 视觉导航(Vide guidance sensor)第13-14页
        1.3.4 直升机位姿参数光电测量演示系统第14-15页
    1.4 本文主要内容第15-16页
    1.5 本文内容安排第16页
    1.6 本文创新点第16-18页
2 目标姿态测量方法技术的基础理论第18-25页
    2.1 摄像机模型第18-20页
    2.2 单目摄影测量的变换关系第20页
    2.3 基于多站交会姿态测量第20-22页
        2.3.1 面面交会测量第21-22页
        2.3.2 投影矩阵求解空间直线第22页
    2.4 基于正交投影的姿态测量方法第22-24页
    2.5 本章小结第24-25页
3 光学系统设计第25-42页
    3.1 设计规格要求第25页
    3.2 优化设计一般方法第25-26页
    3.3 两镜系统的基础理论第26-29页
        3.3.1 基本结构形式第26页
        3.3.2 单色像差表达式第26-28页
        3.3.3 常用的两镜系统第28-29页
    3.4 轴对称二次非球面表达形式第29-31页
    3.5 光学系统优化设计第31-34页
        3.5.1 两镜系统的初始结构设计第31-32页
        3.5.2 光学系统优化过程第32-34页
    3.6 光学系统像质评价第34-35页
    3.7 物距变化对光学系统的像质影响第35-37页
    3.8 像移补偿第37-41页
        3.8.1 像移产生的因素第37-38页
        3.8.2 像移补偿的方法第38-39页
        3.8.3 补偿系统分析第39-41页
    3.9 本章小结第41-42页
4 姿态测量算法的研究第42-52页
    4.1 基于合作目标的单站姿态测量方案第42-43页
    4.2 姿态测量算法总体方案第43-44页
    4.3 求解姿态最优目标函数第44-46页
    4.4 模拟退火算法第46-48页
    4.5 姿态测量中光束的湍流效应第48-50页
    4.6 遮挡问题分析第50-51页
    4.7 本章小结第51-52页
5 实验及分析第52-58页
    5.1 实验环境及设备第52-53页
    5.2 实际激光光斑中心的偏移与理论值比较第53-54页
    5.3 自适应补偿模型第54-55页
    5.4 姿态角测量结果第55-57页
    5.5 本章小结第57-58页
6 结论与展望第58-59页
    6.1 本论文工作的结论第58页
    6.2 未来工作的展望第58-59页
参考文献第59-63页
攻读硕士学位期间发表的论文第63-64页
致谢第64-66页
论文购买
论文编号ABS555989,这篇论文共66页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付19.8
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付33
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656