[发明专利]大角度动态高精度激光测角方法

说明书

技术领域

本发明涉及计量科学领域，更具体地说，涉及一种大角度动态高精度测角方法，提 供了一种非接触、大角度范围动态测量转角机构位置角度的方法，可广泛地应用于航天、航 空、航海、光学等领域。

背景技术

随着航天遥感对地观测技术的不断发展，要求遥感卫星图像定位精度越来越高， 对有效载荷扫描镜光轴指向的精度要求也随之越来越高。有效载荷扫描镜光轴指向在电机 的驱动下在约15°角度范围内来回摆动，扫描镜的转角的测量精度直接关系到卫星成像质 量。因此，扫描镜转动角度的动态检测成为亟待解决和研究的重要课题，也是遥感卫星发展 的关键性技术之一。

目前，主要的动态测角装置包括：激光干涉仪、PSD、激光自准直仪、激光陀螺、光电 码盘等，然而对于前述的角度测量需求，以上角度敏感器均难以很好地满足要求。

激光干涉仪、PSD、激光自准直仪可以实现非接触式测量，但测角范围较小，一般测 角范围不超过±0.5°，不能满足扫描镜大角度动态测量的需求。

激光陀螺测角范围可以达到360°且精度较高，但只能实现接触式测量，需要将陀 螺安装在辐射计扫描镜上，这将会改变产品的结构和质量特性，对于星上产品而言无法接 受。

光电码盘能够实现大角度高精度的动态角度测量，然而光电码盘必须与被测对象 同轴安装。由于扫描镜法线和转轴不能保证完全垂直安装，直接在扫描镜转轴上安装光电 码盘仅能反映转轴运动的角度变化，而不是扫描镜光轴的指向变化，由扫描机构自身测出 的角度与真实的光轴指向角必然存在偏差。

发明内容

本发明为了探究一种非接触、大角度动态范围、高精度测量转角的方法，在不改变 原有机械结构的基础上，通过转动机构扫描镜反射光点的动态变化，提取光心，校正后获取 高精度的转角信息。

根据本发明提供的一种大角度动态高精度激光测角方法，包括如下步骤：

步骤1，激光扫描图像获取

将激光器固定在扫描镜后光路上，由激光器发出的光束通过扫描镜反射后照射在 基准靶墙屏幕上形成光点，随着扫描镜的运动光点同步移动，并由相机对基准靶墙屏幕上 的光点运动轨迹进行成像，得到光点图像；

步骤2，图像预处理

对光点图像进行预处理，得到光点与背景的分离图像；

步骤3，光点的质心定位

对光点质心进行定位；

步骤4，激光跟踪仪的定标校正

建立基准靶墙屏幕与光点图像上各光点质心间的映射关系，拟合函数关系式，得 到基准靶墙屏幕上的实际光点坐标与光点图像上提取出的光点质心坐标之间的函数关系； 用该函数关系对光点图像进行校正，得到校正后的实际光点坐标数据组。

步骤5，图像数据分析

将光点质心位置信息转化为角度信息，输出测量结果。

优选地，按照如下公式设定图像成像参数：

WrWn=S2f---(1)]]>

式中：Wr为基准靶墙屏幕横向尺寸；

Wn为相机成像阵面横向尺寸；

S₂为相机与基准靶墙屏幕距离；

f为相机镜头焦距。

优选地，在光点成像区域内利用插补来增加有效像素个数而改善光点质心定位精 度。

优选地，在光点成像区域内，对于插入在像素点(i,j)、(i+1,j)、(i,j+1)、(i+1,j+ 1)内的像素点(u,v)的插值：

f(u,j)＝f(i,j)+α[f(i+1,j)-f(i,j)](2)

f(u,j)表示像素点(u,j)的灰度；f(i,j)表示像素点(i,j)的灰度；f(i+1,j)表示 像素点(i+1,j)的灰度；