CN110345923B - 天线主副反射面位姿测量系统与副反射面位姿调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线主副反射面位姿测量系统与副反射面位姿调整方法，首先对天线主反射面、副反射面分别拍照，获取主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系，将相机固定在主反射面，保证相机坐标系与天线主反射面坐标系的相对位姿关系不变，然后采用工业相机对副反射面连续拍照，并实时测量天线副反射面坐标系与相机坐标系相对位姿关系，求出天线主、副反射面相对位姿关系，并据此调整副反射面的位姿，可有效改善测量精度，并极大提高测量效率。

Description

天线主副反射面位姿测量系统与副反射面位姿调整方法

技术领域

本发明属于位姿测量技术领域，具体涉及天线主副反射面位姿测量系统与副反射面位姿调整方法。

背景技术

双反射面天线有主、副两个反射面，如图1所示，为保证天线效能，在天线安装过程中需将副反射面安装、调整至设计位置、姿态(即位姿，下同)，即将副反射面坐标系O_副-X_副Y_副Z_副在主反射面坐标系O_主-X_主Y_主Z_主下的参数值调整至设计值。

目前，天线主副反射面位姿调整测量主要采用工业摄影测量方法，即：利用单相机工业摄影测量系统同时测量主、副反射面上的测量点坐标，分析得到主、副反射面坐标系间的相对关系，依据测量值与设计值间的差异调整副反射面位姿；重复该过程直至精度满足指标要求。例如，天津大学精密仪器与光电子工程学院许薇的硕士论文《基于几何特征量的自主位姿测量方法的研究》中提到的单目视觉位姿测量方法，采用该方法调整主副反射面位姿关系存在计算量大、调整效率低、精度较差的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供天线主副反射面位姿测量系统与副反射面位姿调整方法，用于解决现有单目视觉位姿测量方法调整主副反射面位姿关系效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种天线副反射面位姿调整方法，包括如下步骤：

S1)对天线主反射面、副反射面分别拍照，获取主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系；将一台相机固定到主反射面，保持相机坐标系与主反射面坐标系的相对位姿关系不变；对副反射面拍照，获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系；

S2)将副反射面坐标系作为中间量，根据主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系、副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，计算得到主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系；

S3)再对副反射面拍照，重新获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合所述主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系；

S4)判断所述重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系是否满足设定的要求，若不满足，则调整副反射面，再按照步骤S3)中的内容重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系，直至满足设定的要求为止。

本发明首先对天线主反射面、副反射面分别拍照，获取主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系，将相机固定在主反射面，保证相机坐标系与天线主反射面坐标系的相对位姿关系不变，然后采用工业相机对副反射面拍照，获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合上述两种相对位姿关系求出主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，再对副反射面拍照，重新获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合已知的主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系，并判断是否满足要求，在不满足要求时，通过微调副反射面重新拍照计算，直到满足设定的要求为止。

本发明能够通过调整副反射面，实时测量副反射面坐标系与主反射面坐标系的相对位姿关系，可有效改善测量精度，并极大提高副反射面的调整效率。

进一步，上述副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，是通过以副反射面粘贴的测量点作为控制点，通过空间后方交会方法得到的。

进一步，主、副反射面相对位姿关系包括：副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量和旋转矩阵。计算式如下：

式中，T_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量，R_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的旋转矩阵；T_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _副相为R_副相的转置矩阵；T_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _主相为R_主相的转置矩阵。

为解决上述技术问题，本发明提出一种天线主副反射面位姿测量系统，包括相机，连接相机的计算机，相机用于对天线主反射面、副反射面分别拍照后固定在主反射面上，保持相机坐标系与主反射面坐标系的相对位姿关系不变，并对副反射面拍照。

所述计算机用于执行实现以下步骤的指令：

(S1)根据相机对天线主反射面、副反射面分别拍照，计算主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系；根据相机对副反射面拍照，计算副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系；

(S2)将副反射面坐标系作为中间量，根据主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系、副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，计算得到主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系；

(S3)再根据相机对副反射面拍照，重新获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合所述主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系；

(S4)判断所述重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系是否满足设定的要求，若不满足，当副反射面调整后，再按照步骤(S3)中的内容重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系，直至满足设定的要求为止。

进一步，还包括用于粘贴在副反射面上的测量标志，所述计算机还用于通过测量该测量标志的坐标值，将该坐标值作为控制点，通过空间后方交会方法得到所述副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系。

进一步，所述主反射面坐标系与副反射面坐标系间的相对位姿关系包括：副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量和旋转矩阵。

副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量和旋转矩阵的计算式如下：

式中，T_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量，R_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的旋转矩阵；T_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _副相为R_副相的转置矩阵；T_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _主相为R_主相的转置矩阵。

附图说明

图1是天线双反射面结构示意图；

图2是本发明的主副反射面位姿测量系统测量主副反射面位姿示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

实施例一：

本发明的一种天线副反射面位姿调整方法，包括以下步骤：

(1)天线副反射面粗装后，采用单相机工业摄影测量系统将主、副反射面进行统一测量，得到主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系。

(2)将一台相机固定到主反射面，保持相机坐标系与天线主反射面坐标系的相对位姿关系不变，对副反射面拍照，获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系。

(3)将副反射面坐标系作为中间量，根据主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系、副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，计算得到主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系。

(4)再对副反射面拍照，重新获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系。

(5)判断重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系是否满足设定的要求，若不满足，则调整副反射面，再按照步骤S3)中的内容重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系，直至满足设定的要求为止。

上述方法的测量原理为：

如图2所示，在天线主反射面附近固定一台工业相机，其坐标系记为O_相机-X_相机Y_相机Z_相机，工业相机与一台计算机连接，实现相机控制、数据传输及实时计算处理，本发明利用工业相机坐标系作为中间量，实时测量出主反射面坐标系与副反射面坐标系间的相对位姿关系，即副反射面坐标系在主反射面坐标系下的参数值，包括平移量和旋转矩阵。

记副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量为：

副反射面坐标系相对主反射面坐标系的旋转矩阵为R_主副，则两坐标系间的相对关系为：

同理，主、副反射面坐标系分别与相机坐标系间的相对关系为：

式中，T_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _副相为R_副相的转置矩阵；T_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _主相为R_主相的转置矩阵。

结合上述两式，副反射面坐标系在主反射面坐标系下的参数可用相机坐标系表示为：

因工业相机与主反射面固连，故在副反射面位姿调整过程中，二者之间的相对关系不变，只要实时测量出相机与副反射面间相对位姿关系，即可根据上式计算出副反射面坐标系在主反射面坐标系下的参数。根据该参数值与设计值的差值调整副反射面位置、姿态，直至满足指标要求。

本发明首先采用单相机工业摄影测量系统将主反射面、副反射面进行测量，获取主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系；然后，将相机固定在一设定位置，保证相机坐标系与天线主反射面坐标系的相对位姿关系不变，采用工业相机对副反射面连续拍照，并实时测量天线副反射面坐标系与相机坐标系相对位姿关系的方法，求出天线主、副反射面相对位姿关系，并据此实时调整副反射面的位姿，不断更新主反射面坐标系与副反射面坐标系间的相对位姿关系，有效改善了测量精度，并极大的提高测量的效率。

进一步，上述副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，是通过以副反射面粘贴的测量点作为控制点，通过空间后方交会方法得到的。

基于上述测量原理和副反射面位姿调整方法，本发明还提出了一种如图2所示的天线主副反射面位姿测量系统，包括相机，连接相机的计算机，以及用于粘贴在天线副反射面上的测量标志。其中，相机用于对天线主反射面、副反射面分别拍照后固定在主反射面上，保持相机坐标系与主反射面坐标系的相对位姿关系不变，并对副反射面拍照。

计算机用于执行实现以下步骤的指令：

(S1)根据相机对天线主反射面、副反射面分别拍照，计算主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系；根据相机对副反射面拍照，计算副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系。

(S2)将副反射面坐标系作为中间量，根据主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系、副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，计算得到主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系。

(S3)再根据相机对副反射面拍照，重新获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系。

(S4)判断重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系是否满足设定的要求，若不满足，当副反射面调整后，再按照步骤(S3)中的内容重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系，直至满足设定的要求为止。

该计算机还用于通过测量该测量标志的坐标值，将该坐标值作为控制点，通过空间后方交会方法得到副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系。

上述实施例中所指的天线主副反射面位姿测量系统，实际上是基于本发明方法流程的硬件解决方案，由于对上述天线副反射面位姿调整方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细描述该位姿测量系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种天线副反射面位姿调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)对天线主反射面、副反射面分别拍照，获取主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系；将一台相机固定到主反射面，保持相机坐标系与主反射面坐标系的相对位姿关系不变；对副反射面拍照，获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系；

S2)将副反射面坐标系作为中间量，根据主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系、副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，计算得到主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系；

S3)再对副反射面拍照，重新获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合所述主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系；

S4)判断所述重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系是否满足设定的要求，若不满足，则调整副反射面，再按照步骤S3)中的内容重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系，直至满足设定的要求为止。

2.根据权利要求1所述的天线副反射面位姿调整方法，其特征在于，步骤S1)和步骤S3)还包括：以副反射面粘贴的测量点作为控制点，通过空间后方交会方法得到所述副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系。

3.根据权利要求1所述的天线副反射面位姿调整方法，其特征在于，步骤S3)中主反射面坐标系与副反射面坐标系间的相对位姿关系包括：副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量和旋转矩阵。

4.根据权利要求3所述的天线副反射面位姿调整方法，其特征在于，副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量和旋转矩阵的计算式如下：

式中，T_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量，R_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的旋转矩阵；T_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _副相为R_副相的转置矩阵；T_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _主相为R_主相的转置矩阵。

5.一种天线主副反射面位姿测量系统，其特征在于，包括相机，连接相机的计算机，相机用于对天线主反射面、副反射面分别拍照后固定在主反射面上，保持相机坐标系与主反射面坐标系的相对位姿关系不变，并对副反射面拍照；

所述计算机用于执行实现以下步骤的指令：

(S1)根据相机对天线主反射面、副反射面分别拍照，计算主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系；根据相机对副反射面拍照，计算副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系；

(S2)将副反射面坐标系作为中间量，根据主反射面坐标系与副反射面坐标系间的初始相对位姿关系、副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，计算得到主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系；

(S3)再根据相机对副反射面拍照，重新获取副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系，结合所述主反射面坐标系与相机坐标系间的相对位姿关系，重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系；

(S4)判断所述重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系是否满足设定的要求，若不满足，当副反射面调整后，再按照步骤(S3)中的内容重新确定主反射面坐标系与副反射面坐标系的相对位姿关系，直至满足设定的要求为止。

6.根据权利要求5所述的天线主副反射面位姿测量系统，其特征在于，还包括用于粘贴在副反射面上的测量标志，所述计算机还用于通过测量该测量标志的坐标值，将该坐标值作为控制点，通过空间后方交会方法得到所述副反射面坐标系与相机坐标系的相对位姿关系。

7.根据权利要求5所述的天线主副反射面位姿测量系统，其特征在于，所述主反射面坐标系与副反射面坐标系间的相对位姿关系包括：副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量和旋转矩阵。

8.根据权利要求7所述的天线主副反射面位姿测量系统，其特征在于，副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量和旋转矩阵的计算式如下：

式中，T_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的平移量，R_主副为副反射面坐标系相对主反射面坐标系的旋转矩阵；T_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_副相为副反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _副相为R_副相的转置矩阵；T_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的平移量，R_主相为主反射面坐标系相对相机坐标系的旋转矩阵，R^T _主相为R_主相的转置矩阵。

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