[发明专利]一种基于数字摄影测量技术的高精度转动测量方法

说明书

本发明提供了一种基于数字摄影测量技术的高精度转动测量方法，并包括如下步骤：一、在转动机架的转子和定子上分别粘贴反光靶标，并将定子和转子上的反光靶标数量分别为Ns和Nr，其中，Ns和Nr均为正整数；二、在初始未发生转动的条件下，对转动机架上的反光靶标进行拍照，并在拍摄完毕后，根据拍摄的照片对各个反光靶标进行解算三维坐标；三、将转动机架的转子转动到Na组待测量角度上，分别进行拍摄并解算三维坐标，得到每一待测量角度下各个反光靶标的三维坐标；四、根据步骤二和步骤三得到的各个反光靶标的三维坐标和拟合计算在给定转动指令的条件下，转子相对于定子的相对转动角度。

技术领域

本发明属于图像信息技术处理领域，具体地涉及一种基于数字摄影测量技术的高精度转动测量方法。

背景技术

现代天文望远镜对指向精度的要求日益提高。在射电领域，大型射电天文望远镜(如FAST望远镜、德令哈13.7米口径毫米波望远镜等)的主波束宽度的典型值为10-50角秒，为了保证观测效率，通常要求望远镜指向精度达到×1角秒量级。

望远镜指向误差通常包含系统偏差部分和随机误差部分，其中系统偏差部分可以通过指向模型得以修正，修正后的残余误差则主要为随机指向误差，这部分误差主要由望远镜机架的重复定位精度决定。为了能够对望远镜机架的重复定位能力进行评估，需要对望远镜各轴系在给定转动指令条件下的实际转动角度进行精确的测量，测量精度往往需要达到1-2角秒甚至是亚角秒量级(×0.1角秒)。

在天文领域，用于高精度转动测量的设备和方法包括经纬仪、全站仪、激光跟踪仪、角摆仪等。

经纬仪和全站仪是直接的测角设备，其缺点是需要人为对准读数，引起的读数误差通常就达到了角秒量级，无法满足高精度转动测量的要求。此外，这类设备需要通过工装架设在机架上，随机架一起转动，这对小型机架的测量会造成不便。经纬仪正常工作时要求水平姿态，因此也会限制其在空间三维转动测量中的应用。

激光跟踪仪通常有较高的测距精度，但测角精度较差，极限精度通常在×1角秒量级。在使用激光跟踪仪测量转动角度时，通常将反射靶标置于待测的机架的转子上，通过测量靶标相对于激光跟踪仪的转动角度来推算机架的转动角度。由于激光跟踪仪并不位于机架的转动中心，在计算过程中有可能会将角度测量误差放大。

角摆仪的测量精度较高，可以达到1角秒甚至更高的角分辨率，但其缺点是需要配合激光干涉仪使用。此外，角摆仪只能测量平面内的转动角，无法实现空间三维任意方向轴上的转动角测量。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种基于数字摄影测量技术的高精度转动测量方法。

本发明的技术方案如下：一种基于数字摄影测量技术的高精度转动测量方法包括如下步骤：一、在转动机架的转子和定子上分别粘贴反光靶标，并将定子和转子上的反光靶标数量分别为Ns和Nr，其中，Ns和Nr均为正整数；二、在初始未发生转动的条件下，对转动机架上的反光靶标进行拍照，并在拍摄完毕后，根据拍摄的照片对各个反光靶标进行解算三维坐标，记作：其中，i＝1,2,…,Nr；三、将转动机架的转子转动到Na组待测量角度上，分别进行拍摄并解算三维坐标，得到每一待测量角度下各个反光靶标的三维坐标，并记作：

其中，i＝1,2,…,Nr，j＝1,2,…,Na，Na为正整数，分别为反光

靶标的坐标数值；四、根据步骤二和步骤三得到的各个反光靶标的三维坐标和拟合计算在给定转动指令的条件下，转子相对于定子的相对转动角度。

优选地，在步骤四中，拟合计算在给定转动指令的条件下，转子相对于定子的相对转动角度的步骤中，利用最小二乘法找到使得拟合函数达到极小值的转动角θ_j，拟合函数为：