一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法，涉及观测目标选取、样本测量记录、误差寻优拟合、误差装订补偿四个步骤。本发明专利技术标定方法通过光电跟踪组件所提取的目标观测图像、方位俯仰测角信息、并结合惯性测量组件的实时测量姿态，使用寻优算法拟合光电跟踪组件与惯性测量组件间的姿态传递矩阵，实现无额外标定设备情况下对安装误差的快速标定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法


[0001]本专利技术属于误差标定
，具体涉及一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法，适用于惯性辅助光电系统的快速标定。

技术介绍

[0002]惯性辅助光电系统是一种由惯性测量组件与光电跟踪组件组合使用的复合光电系统。其中惯性测量组件主要功能为提供基座姿态测量数据，光电跟踪组件主要功能为将视觉传感器光轴根据指令信号指向目标位置，这两种组件固定安装在同一基座上。
[0003]该种复合光电系统为了能够实现惯性测量组件与光电跟踪组件的信息融合功能，在组合工作前需要对两个组件间的安装误差进行标定，即需要获取惯性测量组件坐标系与光电跟踪组件坐标系之间的旋转矩阵。
[0004]常用的标定方法较为繁琐且耗时较长，需要现场或提前使用额外标定设备进行标定，或在外场等无标定设备的情况下无法使用，具有一定局限性。
[0005]因此对惯性信息辅助光电系统来说，一套不依赖外部惯性空间参考目标的标定方法具有较大意义。

技术实现思路

[0006]针对传统标定方法需要外部标定设备辅助、标定繁琐且耗时较长的问题，本专利技术提出一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法，基于相对固连安装在刚性基座上的惯性测量组件及光电跟踪组件构成的惯性辅助光电系统，包括如下步骤：
[0008]步骤S1，观测目标选取：选取一个远距离的观测目标，作为误差标定的相对基准，以坐标系i表征惯性测量组件的姿态，以坐标系b表征光电跟踪组件的基座姿态，以坐标系s表征光电跟踪组件传感器视轴的姿态，以坐标系g表示地理坐标基准；
[0009]步骤S2，样本测量记录：待标定设备在相同位置、不同姿态条件下将观测目标相同特征调整至传感器视轴中心，并记录该姿态下的坐标系b测角及惯性测量组件姿态；令样本测量记录中第k个姿态下光电跟踪组件(2)的方位测角θ
az_k
和俯仰测角θ
el_k
、惯性测量组件1的姿态
[0010]步骤S3，误差寻优拟合：使用不同姿态下对同一观测目标的测量数据作为输入，利用寻优算法对其进行拟合，输出安装误差矩阵；由于所有姿态下从待标定设备指向观测目标的矢量在惯性空间下的投影不变，因此有ρ1＝ρ2＝...＝ρ
k
＝...＝ρ
p
，其中，其中表示待标定设备指向观测目标的矢量在视轴坐标系s下的投影，表征从坐标系s至光电基座坐标系b的旋转矩阵，表征从惯性测量组件坐标系i至地理坐标系g的旋转矩阵；
[0011]步骤S4，误差装订补偿：采用函数J＝max[∠(ρ
k
,ρ
n
)],k＝1,2,...,p,n＝1,2,...,p作为代价函数对安装误差矩阵寻优拟合，得到最优的误差矩阵：
[0012][0013]使得从待标定设备指向观测目标的矢量在地理系下的投影收敛至最小的圆锥面内，将拟合得到的安装误差矩阵装订至设备，即完成了惯性辅助光电系统的安装误差标定及补偿。
[0014]所述的一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法，其步骤S1中选取的观测目标在保证特征清楚的情况下尽可能远离待标定设备，而且观测目标相对待标定设备无地理系下的相对运动。
[0015]所述的一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法，其步骤S2尽可能保证光电基座坐标系b测角在各轴系全量程范围内均匀分布，同时保证至少3个及以上的姿态下进行测量。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]本专利技术标定方法通过光电跟踪组件所提取的目标距离视轴的脱靶量、并结合惯性测量组件的实时测量姿态，使用寻优算法拟合光电跟踪组件与惯性测量组件间的姿态传递矩阵，实现无额外标定设备情况下对安装误差的快速标定。
[0018]采用本专利技术标定方法，可以在无额外标定设备或提前标定的参考坐标的情况下进行标定，具有标定条件局限性小、适用范围广等优点。
[0019]采用本专利技术标定方法，可以对安装误差进行快速标定，具有使用简单、标定速度快等优点。
附图说明
[0020]图1为本专利技术惯性助光电系统的结构示意图。
[0021]各附图标记为：1—惯性测量组件，2—光电跟踪组件，3—刚性基座。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0023]如图1所示，本专利技术所述惯性助光电系统结构包括惯性测量组件1及光电跟踪组件2，其中惯性测量组件1与光电跟踪组件2相对固连安装在刚性基座3上。其中惯性测量组件坐标系i表征惯性测量组件1的姿态，光电基座坐标系b表征光电跟踪组件的基座姿态，视轴坐标系s表征光电跟踪组件2传感器视轴的姿态，地理坐标系g表示地理坐标基准。
[0024]本专利技术实施的一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法涉及观测目标选取、样本测量记录、误差寻优拟合、误差装订补偿四个步骤。具体实施方式如下。
[0025]S1，观测目标选取：选取一个远距离的静态观测目标，作为误差标定的相对基准。其中，观测目标选取的原则为：1)目标特征明显；2)在保证目标特征清楚的情况下尽可能远离设备；3)目标相对设备无地理系下的相对运动。
[0026]S2，样本测量记录：调整光电跟踪组件2轴系转角，使视觉传感器视轴中心指向选
定的观测目标，并记录光电跟踪组件2轴系转角及惯性测量组件1的姿态。
[0027]待标定设备在相同位置、不同姿态条件下将观测目标相同特征调整至视轴中心，并记录该姿态下的光电基座坐标系b测角及惯性测量组件1姿态。其中，姿态选取的原则为：1)尽可能保证光电基座坐标系测角在各轴系全量程范围内均匀分布；2)保证至少3个及以上的姿态下进行测量(3组测量数据可以求得标定解，但通常需要6组以上测量数据才能保证标定精度)。
[0028]并记录该姿态下的坐标系b测角及惯性测量组件1姿态；令样本测量记录中第k个姿态下的测量数据记为：光电跟踪组件2的方位测角θ
az_k
和俯仰测角θ
el_k
、惯性测量组件1的姿态
[0029]S3，误差寻优拟合：保持待标定设备位置不变，调整设备姿态，使用不同姿态下对同一观测目标重复步骤2，至少记录3次不同设备姿态下的数据，将测量数据作为输入，根据记录数据使用寻优算法进行误差拟合，输出安装误差矩阵。其中，寻优算法包括但不限于：遗传算法、蚁群算法、粒子群算法。
[0030]由于所有姿态下从待标定设备指向观测目标的矢量在惯性空间下的投影不变，因此有ρ1＝ρ2＝...＝ρ
k
＝...＝ρ
p
，其中，其中表示设备指向观测目标的矢量在视轴坐标系s下的投影，根据图1定义可知
[0031]其中表征从视轴坐标系s至光电基座坐标系b的旋转矩阵，根据图1定义可知
[0032]其中表征从惯性测量组件坐标系i至地理坐标系g的旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性辅助光电系统安装误差快速标定方法，基于安装在刚性基座(3)上的惯性测量组件(1)及光电跟踪组件(2)构成的惯性辅助光电系统，其特征在于：包括如下步骤步骤S1，选取一个远距离的观测目标，作为误差标定的相对基准，以坐标系i表征惯性测量组件(1)的姿态，以坐标系b表征光电跟踪组件(2)的基座姿态，以坐标系s表征光电跟踪组件(2)传感器视轴的姿态，以坐标系g表示地理坐标基准；步骤S2，待标定设备在相同位置、不同姿态下将观测目标相同特征调整至传感器视轴中心，并记录该姿态下的坐标系b测角及惯性测量组件(1)姿态；记录第k个姿态下光电跟踪组件(2)的方位测角θ
az_k
和俯仰测角θ
el_k
、惯性测量组件(1)的姿态步骤S3，使用不同姿态下对同一观测目标的测量数据作为输入，利用寻优算法对其进行拟合，输出安装误差矩阵；所有姿态下从待标定设备指向观测目标的矢量在惯性空间下的投影不变，有ρ1＝ρ2＝...＝ρ
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海涛，方昉，欧阳胡坡，
申请(专利权)人：武汉华中天经通视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：