[发明专利]一种基于螺旋线法确定回转体目标横滚角的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像处理、摄影测量学和计算机视觉等领域，尤其涉及一种基于螺旋线法确定回转体目标横滚角的测量方法。

背景技术

在军事、航天等领域，空间运动目标三维姿态是反映其飞行状态的重要技术指标，获得这些指标对于分析和评价空间目标运动特性，以及进一步优化系统设计具有重要意义。关于目标的俯仰角和偏航角的姿态测量，已经有很多的方法可以解算，但关于目标的横滚角的测量却很少讨论，而它对于诸如导弹、火箭这类空间目标的姿态参数又极为重要。在横滚角测量中，有使用光测设备交会测量的方法计算横滚角，但此方法测量的是横滚角的相对量，而且目标运动的任意两个相邻状态间的时间间隔t必须小于0.002s；也有利用PNP的方法测量横滚角，但此方法对于图像上的选点，要求精度很高，而且也不易选取。所以常常选用螺旋线法来测量横滚角，其定义为：中轴线与投影方向线所成的平面和中轴线与螺旋线起始母线所成的平面之间的夹角。

传统的测量横滚角的螺旋线方法虽然物理意义明确，且能够求取横滚角的绝对量，但是随着目标俯仰角的改变，投影方向线也随之变化，这就导致当目标只有俯仰角变化，而没有发生旋转时，计算出来的横滚角却发生了改变。由于在实际测量中目标的投影方向线不容易求取，而投影方向线又是计算横滚角的关键，所以如果无法准确的找出投影方向线的位置，那么就会使螺旋线法失去意义。但相对而言，目标的中心线则相对容易得到，因此如果能够建立投影方向线和中心线之间的关系，则可充分发挥螺旋线法求横滚角的优势。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供了一种基于螺旋线法确定回转体目标横滚角的新的测量方法，使其可以有效的解决由于投影方向线和回转体图像的中心线不一致带来的横滚角误差这一问题，进一步的提高横滚角解算的准确度。

本发明所采用的技术方案是，所述基于螺旋线法确定回转体目标横滚角的测量方法的实施步骤为：

步骤S1：根据传统的测量横滚角的螺旋线方法得到回转体目标图像中心线对应的角度；

步骤S2：在回转体目标图像中心线上确定一点，解算出方位角和俯仰角，得到所述点与摄像机原点的连线的方向矢量；

步骤S3：运用余弦矩阵建立不考虑横滚角作用的载体坐标系，并将步骤S2得到的方向矢量投影到载体坐标系中，得到方向矢量所对应的投影矢量；

步骤S4：在载体坐标系中计算回转体目标中心线与螺旋线起始母线所成平面的投影矢量，并计算所述平面与步骤S3得到投影矢量的夹角；

步骤S5：计算步骤S1中回转体目标图像中心线所对应的角度与步骤S4所述夹角角度的差值。

优选实施例，对于回转体目标运动的每个时刻，目标中心线和螺旋线起始母线所成平面都是一致的，因此横滚角的测量误差，能归结为回转体目标上的两条投影线和中心轴线所成的两个平面的夹角。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于螺旋线法确定回转体目标横滚角的测量方法，由于在实际测量中目标的投影方向线不容易求取，而投影方向线又是计算横滚角的关键，但相对而言，目标的中心线却相对容易得到，如果能够建立投影方向线和中心线之间的关系，求出横滚角的测量误差，则可充分发挥螺旋线法求横滚角的优势。因此本发明首先在回转体目标的图像中心线上确定一点，求出该点的方位角和俯仰角，得到其方向矢量，再将其投影到载体坐标系上，得到所对应的投影矢量，然后再计算目标中轴线与螺旋线起始母线所成的平面在载体坐标系中的投影矢量，那么所得的这两个矢量的夹角就为现有的螺旋线法测量横滚角存在的角度误差。所以本发明可以有效的解决由于投影方向线和回转体图像的中心线不一致带来的横滚角误差这一问题，进一步的提高横滚角解算准确度。

附图说明

图1a和图1b为本发明中各矢量在ZOX平面上的投影示意图；

图2为本发明所涉及到的各个坐标系示意图；

图3a和图3b为本发明中螺旋线法测量横滚角示意图：

图4a和图4b为本发明所述目标投影线移位示意图；

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的实施例。

结合附图1a和图1b为本发明中各矢量在ZOX平面上的投影示意图，用螺旋线法测量回转体目标横滚角为例来说明本发明的实现技术及过程。图1中包括原点O、点B、点D、点M目标中轴线L、PB为目标投影方向线，L为目标中轴线，CD为图像中心线，且三条线彼此平行。方位角A和E俯仰角E是由经纬仪测出来的数据，在图中无法标记出来。