[發明專利]基于激光測距成像儀的相對位姿確定方法

無效

• 申請號: 200810235375.0
• 申請日: 2008-12-03
• 公開（公告）號: CN101419070A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 李爽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C3/00;G01B11/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

技術領域

本發明屬于導航定位技術領域。

背景技術

相對位姿確定方法在機器人導航定位、航天器交會對接、編隊飛行等眾多領域有著極其重要的應用價值。目前，相對位姿確定方法使用較多的傳感器主要是光學CCD導航相機。通過多個非共線視線矢量(單位方向矢量)的測量，通過近似假設得到相對位置和姿態的近似解析解(參考文獻1：N.K?Philip，Ananthasayanam?M?R.Relative?position?and?attitude?estimation?and?controlschemes?for?the?final?phase?of?an?autonomous?docking?mission?of?spacecraft.Acta?Astronautica，2003，52：511-522；參考文獻2：王保豐，李廣云，于志堅.飛行器自主交會對接逼近階段單臺CCD測量方法研究.宇航學報，2007，28(1)：22-27)?；蛘呓柚谧钚《怂惴ǖ玫较鄬ξ蛔说淖钚》讲?或者其他非線性估計方法)意義下的解(參考文件3：JU-YOUNG?DU.Vision?based?NavigationSystem?for?Autonomous?Proximity?Operations：An?Experimental?andAnalytical?Study.Ph.D.dissertation，Texas?A&M?University，December2004)。上述相對位置和姿態的近似解析解求取的過程中由于近似假設的存在，位姿導航誤差也會一直存在解析解中；而基于非線性估計的相對位姿確定方法存在著計算量大、導航收斂困難和精度低的缺點。同時，由于計算機視覺中的模式識別圖像處理需要很大的計算資源，所有使用CCD相機作為導航傳感器的基于視覺的導航算法都存在數據計算量大、數據更新率低的缺點，這些缺點有時候將會導致暫時的跟蹤識別目標丟失、從而最終導致導航失敗。

發明內容

為了克服傳統的基于光學CCD相機的位姿確定算法中存在的計算量大、收斂速度慢、導航精度低等缺點，本發明給出了一種采用基于高采樣速率的激光測距成像儀的相對位姿確定方法。

具體的位姿流程如下：

1)激光測距成像儀獲取到三個特征測量點p_i(i＝1，2，3)的矢量(距離+方向)Li→(i=1,2,3);]]>

2)構建參考坐標系o_rx_ry_rz_r；

3)相對位置和姿態的構建

相對位置：Rr→=-L1→]]>

相對姿態矩陣(坐標變換矩陣)：

定義ψ，θ，φ是體固聯坐標系相對與參考坐標系的姿態角，即相對姿態角，假設按照3(ψ)-2(θ)-1(φ)順序旋轉可以得到姿態矩陣：