三维姿态角高精度测量装置

作     者：孙国燕 高立民 白建明 杨东来 潘亮 SUN Guo-yan;GAO Li-min;BAI Jian-ming;YANG Dong-lai;PAN Liang

作者机构：中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 中国科学院大学北京100049 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No.11404387) 中国科学院"西部之光"计划资助项目(No.Y329451213) 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2016年第24卷第5期

页      码：963-970页

摘      要：基于二维自准直仪和坐标系旋转变换矩阵,提出一种高精度、高稳定性三维姿态角(偏摆角、俯仰角和滚转角)测量方法,并设计了一种三维测角装置。介绍了该装置的工作原理和结构组成。建立了三维测角模型,根据自准直测角原理和坐标旋转矩阵推导了理论算法。基于测量要求设计了光学系统,采用现场可编程门阵列(FPGA)单芯片实现了实时双CMOS图像传感器的驱动成像、像点识别与细分定位、三维转角计算及与USB的快速通信。提出了三维测角装置的标定方法,保证了实际设备参数与理论设计数据的统一。最后对提出的滚转角测量算法进行了实验验证,并分析了影响测角精度的因素及其影响程度。标定和试验结果表明:在±20′的视场范围内,三维测角装置的偏摆角、俯仰角和滚转角的测量精度分别达到了2.2″,2.5″和8.7″。该结果验证了设计的装置结构简单、稳定可靠、精度高,且易工程实现三维姿态角的测量。

主 题 词：三维姿态角测量 角度测量装置 二维自准直仪 滚转角 俯仰角 偏摆角 标定 

学科分类：08[工学] 080401[080401] 080402[080402] 0804[工学-材料学] 081102[081102] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/ope.20162405.0963

馆 藏 号：203139735...