大量程高精度光电准直动态三维姿态角测量研究

本项目围绕大量程、高精度动态姿态角测量，提出一种基于光电准直和针孔成像原理，采用单CMOS图像传感器实现三维姿态角测量的新模式；在这种模式下，双基准平行光源的两路平行光线经针孔光阑，成像在CMOS图像传感器件上，通过针孔光斑图像中心在成像面上的位置，计算出入射的平行光线与探测器基准轴线之间的夹角，基于双矢量定姿原理，完成三维姿态角的测量。主要研究内容为：提出三维姿态角测量的测量机理和工作模式；建立测量数学模型，提出内外参数二次分离的标定方法；研究基于针孔光阑的光学系统光学建模，数值仿真及优化设计；采用反射镜组复用成像探测面，实现虚拟扩展成像，增大测量范围，提高测量分辨率；提出光斑区域跟踪成像实现高速图像采集，高速并行图像处理实现高动态测量。实现相关算法并研制出三维姿态角测量系统样机。本项目的研究将为大量程、高精度和动态三维姿态角测量提供有效手段，进一步推动光电准直技术的广泛应用和迅速发展。