技术领域
[0001] 本
发明属于机载雷达天线的运动姿态测量领域，尤其是涉及基于视觉识别的二自由度运动姿态测量的方法。
背景技术
[0002] 在进行计算机载雷达天线运动姿态参数的过程中，需要获取天线的
角位置参数和时间信息。传统的测量天线姿态运动方法主要依靠人工操作进行天线旋转角度的读取，获取时间信息也是通过人工读取秒表的方法，这种测量的方法很大程度上受限于测量操作人员的反应时间与操作时间，测量结果的可靠性与精确性不能够准确的作为评价机载雷达系统天线运动姿态性能参数的标准。视觉识别测量是近年来逐渐兴起的一
门测量技术，主要是通过视觉
传感器获取测试目标的图像数据，以这些数字化的数字图像数据作为研究对象，结合测试原理及数字
图像处理的相关处理技术进行某些测试参数的计算。随着计算机图像处理技术和高
精度传感器应用的日益广泛，使得视觉识别在
运动检测方面得到了广泛应用，并可实现全程的智能化检测。
[0003] 传统的测量方法操作复杂，人为的操作误差因素较大，外界干扰多，测量精度低。利用视觉传感器采集图像，采用视觉识别法进行天线二自由度运动姿态的测量是一种新型的测量方法，这种方法操作简单，测量精度比较可靠。
发明内容
[0004] 本发明设计了一种基于视觉识别的测量结构和方法，能够解决机载雷达天线二自由度运动姿态参数的测量。传统的天线二自由度运动的测试方法操作复杂，人为的操作误差因素较大，测量精度低。利用
机器视觉识别采集图像，进行天线二自由度运动参数的测量是一种新型的方法，可以在提高测试速度的同时，大大减小了人工操作的复杂步骤，操作简单，对于提高测试精度、自动化程度有着显著的效果。本发明的测量结果可以作为天线运动机构设计改进的
基础，也可以作为评价机载雷达系统天线运动姿态性能参数的标准。
[0005] 本发明基于视觉识别的机载雷达天线二自由度运动姿态测量方法，所述天线连接在固定杆的一端，固定杆的另一端通过
俯仰转动轴转动连接在转动
框架上，所述转动框架通过方位转动轴连接在
支撑机构上，所述测量方法包括：
[0006] 步骤1、自所述转动框架上以平行于天线俯仰转动轴的方向向侧边延伸有第一杆，自所述第一杆的端部以垂直于所述第一杆轴线的方向向
外延伸有第二杆；
[0007] 步骤2、在所述第一杆上设置有方位检测标识，在所述方位检测标识下方的
水平面上设置有第一
图像采集设备；在所述固定杆上设置有俯仰检测标识，在所述第二杆上设置有第二图像采集设备；
[0008] 步骤3、进行天线的俯仰向及方位向的运动，Δt时间内，通过第一图像采集设备采集方位检测标识的运动，通过第二图像采集设备采集俯仰检测标识的运动；
[0009] 步骤4、自所述方位转动轴到第一图像采集设备的垂直距离R1为半径，扫略出过第一图像采集设备的第一弧面，所述方位检测标识的运动始末点投影到所述第一弧面，并测量始末点的距离为ΔX；同理，自所述俯仰转动轴到第二图像采集设备的垂直距离R2为半径，扫略出过第二图像采集设备的第二弧面，所述俯仰检测标识的运动始末点投影到所述第二弧面，并测量始末点的距离为ΔY；
[0010] 步骤5、计算方位角变化量方位角变化量θ1＝ΔX/R1，方位
角速度ω1＝θ1/Δt，以及方位角
加速度α1＝θ1/Δt2；计算俯仰角变化量俯仰角变化量θ2＝ΔY/R2，俯仰角速度ω2＝θ2/Δt，以及俯仰
角加速度α2＝θ2/Δt2。
[0011] 优选的是，所述步骤3中，调整第一图像采集设备和/或第二图像采集设备在水平面的安装位置，以获取多个运动姿态测量值，并取多个姿态测量值得平均值作为最终结果。
[0012] 优选的是，考虑到采集图像的时间间隔小，可以近似认为目标在极短时间内的运动轨迹是直线，由此，在第一图像采集设备的采集范围内，方位角的运动角度设置为小于5°。
[0013] 优选的是，在第二图像采集设备的采集范围内，俯仰角的运动角度小于5°。
[0014] 本发明创造相对于
现有技术的有益效果：
[0015] 本发明突破了传统测试方法的技术限制，利用视觉识别技术大大的提高了机载雷达天线二自由度运动参数的测量精度，并且智能化信息系统可对测量数据提供有效的数据分析，这些定量分析的数据为综合评价和改善机载雷达天线运动提供了可靠的数据基础。
[0016] 本发明可以在一定范围内能准确检测到机载雷达天线的二自由度运动姿态信息，这种方法最终能实现天线的方位和俯仰角速度及角加速度的检测，方便、精确、可靠。本发明实现的测量方法可以作为评价机载雷达系统天线运动姿态性能参数的标准。
附图说明
[0017] 图1为本发明基于视觉识别的机载雷达天线二自由度运动姿态测量方法的一优选
实施例的图像采集设备及检测标识位置示意图。
[0018] 图2为本发明图1所示实施例的测量方位角过程示意图。
[0019] 图3为本发明图1所示实施例的测量俯仰角过程示意图。
[0020] 其中，1为固定杆，2为转动框架，21为第一杆，22为第二杆，3为方位转动轴，4为俯仰转动轴，5为方位检测标识，6为第一图像采集设备，7为俯仰检测标识，8为第二图像采集设备。
具体实施方式
[0021] 为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0022] 本发明主要实现基于视觉识别的机载雷达天线二自由度运动姿态测量。机载雷达天线二自由度运动主要包括天线方位向的角速度和角加速度，俯仰向的角加速度和角加速度。下面以机载雷达天线方位向及俯仰向运动的角速度和角加速度的测量方法为例进行说明。
[0023] 首先，结合附图1对本发明图像采集设备及检测标识的位置关系进行说明。如图1所示，雷达的天线面板连接在固定杆1的一端上，固定杆1的另一端通过方位转动轴3转动连接在转动框架2上，所述转动框架2通过俯仰转动轴4连接在支撑机构上，支撑机构固定在垂直面Z上，雷达天线面板相对于水平面X做俯仰及方位方向的运动，该运动的控制机构及驱动机构未显示在图示中，可以理解的是，通过控制机构及驱动结构，天线面板绕俯仰转动轴3做相对于水平面X的俯仰运动，天线面板随转动框架2一起绕水平转动轴4座相对于水平面的左右偏转。
[0024] 本发明测量原理为：设置视觉检测标识及能够识别所述视觉检测标识的采集设备，例如相机，视觉检测标识物距旋
转轴中心的距离R，视觉传感器分辨精度为ΔL，
角位移分辨精度为Δθ，由公式Δθ＝ΔL/R可以算得角位移，据此选取合适的测量精度的视角传感器测量角位移变化量。
[0025] 为此，需要设置检测标识及图像采集设备，如图1所示，在本发明测量方法的步骤1及步骤2中，自所述转动框架2上以平行于天线俯仰转动轴3的方向向侧边延伸有第一杆21，自所述第一杆21的端部以垂直于所述第一杆轴线的方向向外延伸有第二杆22；
[0026] 在所述第一杆21上设置有方位检测标识5，在所述方位检测标识5下方的水平面上设置有第一图像采集设备6；在所述固定杆1上设置有俯仰检测标识7，在所述第二杆22上设置有第二图像采集设备8。
[0027] 安装好检测标识及图像采集设备后，进行方位向及俯仰向的角度测量，具体的，在步骤3及步骤5中：
[0028] 首先，进行天线的俯仰向及方位向的运动，Δt时间内，通过第一图像采集设备6采集方位检测标识5的运动，通过第二图像采集设备8采集俯仰检测标识7的运动；
[0029] 其次，自所述方位转动轴4到第一图像采集设备6的垂直距离R1为半径，扫略出过第一图像采集设备6的第一弧面，所述方位检测标识5的运动始末点投影到所述第一弧面，并测量始末点的距离为ΔX；同理，自所述俯仰转动轴(3)到第二图像采集设备8的垂直距离R2为半径，扫略出过第二图像采集设备8的第二弧面，所述俯仰检测标识7的运动始末点投影到所述第二弧面，并测量始末点的距离为ΔY；
[0030] 该步骤中，参考图2及图3：
[0031] L1-----方位轴与俯仰轴的距离；
[0032] L2-----俯仰轴到天线平面的距离；
[0033] R1----俯仰角为0°时，标识物中心到方位转轴的距离；
[0034] R2----标识物中心到俯仰转轴的距离；
[0035] θ-----方位方向角度变化量；
[0036] β-----俯仰方向角度变化量；
[0037] 图2中，A1及A2为方位检测标识5的运动始末点；B1及B2为A1及A2垂直投影到第一弧面上的点，测量B1及B2点的距离ΔX；同理，在图3中，C1及C2为俯仰检测标识7的运动始末点；D1及D2为C1及C2垂直投影到第二弧面上的点，测量D1及D2点的距离ΔY；
[0038] 最后，计算方位角变化量方位角变化量θ1＝ΔX/R1，方位角速度ω1＝θ1/Δt，以及方位角加速度α1＝θ1/Δt2；计算俯仰角变化量俯仰角变化量θ2＝ΔY/R2，俯仰角速度ω2＝θ2/Δt，以及俯仰角加速度α2＝θ2/Δt2。
[0039] 需要说明的是，本实施例中，以方位向运动为例，步骤2中，在水平面安装相机和测量机构，调整安装位置，使得在相机视场内的检测标识物的图像标识特征明显，易于提取。天线姿态在方位向运动时，在相机视场内，高速拍摄方位向标识物的运动图像，并传输到处理器中存储图像，在整个天线的方位扫描周期内，通过视觉识别，提取安装在天线向上的标识物的特征，拟合出标识物在方位水平面上的运动轨迹，获得始末点的距离ΔX，根据公式计算出方位角变化量，连续
帧拍摄的时间间隔为Δt，从而计算出运动目标标识物的连续时刻角速度，若需要测量天线方位向启停时刻的角加速度，则对角速度做进一步差分，可计算出运动目标的连续时刻角加速度。
[0040] 本实施例中，调整相机和测量机构在水平面的安装位置，选取不同的局部相机视场，可以获取相应局部相机视场内的天线姿态运动的方位角速度和角速度。通过多次选取相机视场，还可以实现天线姿态运动在方位向上的全扫描行程范围的
覆盖。
[0041] 同理，机载雷达天线俯仰向运动的角速度和角加速度的测量方法同上。
[0042] 同时测量方位向和俯仰向的天线运动的角速度和角加速度，可以实现机载雷达天线二自由度运动姿态测量。
[0043] 本实施例中，为使计算结果更加精准，可以考虑将采集图像的时间间隔缩小，可以近似认为目标在极短时间内的运动轨迹是直线，据此，本实施例在在第一图像采集设备的采集范围内，方位角的运动角度设置为小于5°；同理，在第二图像采集设备的采集范围内，俯仰角的运动角度小于5°。
[0044] 本发明突破了传统测试方法的技术限制，利用视觉识别技术大大的提高了机载雷达天线二自由度运动参数的测量精度，并且智能化信息系统可对测量数据提供有效的数据分析，这些定量分析的数据为综合评价和改善机载雷达天线运动提供了可靠的数据基础。
[0045] 本发明可以在一定范围内能准确检测到机载雷达天线的二自由度运动姿态信息，这种方法最终能实现天线的方位和俯仰角速度及角加速度的检测，方便、精确、可靠。本发明实现的测量方法可以作为评价机载雷达系统天线运动姿态性能参数的标准。
[0046] 最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
