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摘 要：飞行器技术一直以来都是前沿科学的主要发展领域，其中对于其空间姿态的测试手段有助于飞行器飞行轨迹的控制，具有极大的研究价值。本文针对飞行器近景实验中的运动姿态的三维解构测量，对光学测量手段进行研究分析，对这一测量方法的具体原理，应用特点与应用的优势进行具体说明，为未来的飞行器技术的发展提供参考价值。
关键词：光学测量;飞行器;空间姿态;轨迹控制
对于飞行器而言，目标的空间运动三维姿态是将其飞行状态进行运动解构的运动参数，而在实际应用中可以通过测量出的运动三维状态参数对飞行器的飞行轨迹精度进行评估，更好地确定改进方向，其对于飞行器的设计、实验、改进以及故障分析等都具有重要的实用价值与现实价值。空间三维的运动参数极为复杂，其测量难度较大，对于新技术的研究应用也具有极大的价值。
一、光学测试技术的应用必要性
1.1飞行器的空间三维测量的复杂性
飞行器的空间三维状态，其空间姿态的测量的复杂性主要表现在两点：其一是空间姿态的测量参数极为复杂，空间运动的自由度一共有六个，并且这只是单个整体的自由度数目，当扩展到空间机械的时候更加复杂，因此在进行姿态测量时需要整体的三个移动参数与三个转动参数进行精确的分析与整合，得出最终的运动轨迹，需要测量的参数较为复杂。其二是测量环境的复杂性，飞行器在空间飞行时的工作环境是极为复杂的，可能存在极为恶劣的工作环境也就是测试环境。传统的传感器测量手段对测量的环境要求较高，因此测量设备的抗干扰能力要求也较高，并且传感器测量设备需要在飞行器上安装配合的测量设备，会对飞行器自身的重量结构造成一定的改变，这对于飞行器测试阶段的数据测量极为不利，严重影响对飞行器的飞行能力的评估改进工作。并且飞行器测试中运动目标存在丢失的可能，可能会造成设备的损失，因此寻找新的测量方法时极具必要性的。
1.2 光学测量技术的应用优势
光学测量对于飞行器运动状态的测量是具有更大的优势，首先，它是非接触式，不会有传统传感器测量中由于测量设备安装在飞行器上，避免了由于测量设备的重量对飞行器的影响，增加飞行器运动轨迹测量精度，其次光学测量是全场性的测量，可以最全面的收集飞行器空间运动姿态的相关数据参数，得到最佳的测咯昂结果。最后光学测量相对于其他测量方式还具有更加方便可靠、价格成本较低等优势，根据相关精度的需求不同，可以利用高速摄像机、经纬仪及远距离照相机等光学设备进行运动目标的测量，已经成为较为常见的一种测量方式。
1.3 相关技术的完善
光学测量技术需要有完善的数字图像技术的支持，只有强大的图像处理技术才可以帮助光学测量技术真正运用到实际的运用中去。之前的光学测量技术对运动目标的测量是以点目标，只能获得飞行器的运动轨迹而无法获得具体的运动姿态。而为了获得较为精确的运动姿态则需要利用摄像设备对空间运动目标的运动信息进行拍摄记录，再通过事后较为复杂的目标空间姿态参数分析与提取得到需要的三维运动运动姿态，但是如此以来其实时性难以保证，对飞行器的测试时长极为不利。但是近年来的高速图像处理技术与更好图像处理算法的发展为进行实时光学图像分析提供了可能性。通过高速图像处理技术可以有效分析空间运动目标的三维轨迹和三维姿态特别是目标的俯仰角、偏航角等重要姿态，实时提取关键性信息，推动飞行器空间三维运动姿态的立体化测量发展。
二、光学测量的工作原理
光学测量技术作为一种被广泛运用的目标运动参数测量方法，工作原理并不复杂，传统的光学测量以光学望远镜为主，配合一些基于摄影、红外、激光等技术的测量设备进行跟踪测量，主要是对光学图像进行收集分析的一个过程，目前的发展也遵循这一原理。而光学测量质量的主要重点和难点也在于姿态测量方法和与此相关的图像处理技术。
2.1 多站面面交会法
传统的光学测量方法主要依靠空间运动目标的点判读方法，对于姿态的测量难以实现，因此通过设置更多的目标测量点位，是一种较为直接的姿态测量方法，通过测量点交汇而成的测量线进行测量，利用首位固定点的坐标变换能够实现，根据空间点所确定的空间直线可以得到目标的俯仰角与偏航角，得到空间运动姿态，但是多站点的测量易出现时间同步误差，并且各个仪器的测量也存在一定的定位误差，导致拍摄的运动参数存在一定的偏差，这就导致通过多站点合成的运动姿态的精度难以确保，并且复杂的测量环境更进一步造成各站点测量结果的偏差，因此这一方法的实际运用可能性不高。
2.2 单站图像分析法
单站图像确定空间目标的三维姿态具有更加重要的实际运用价值，而实际上从图像获取而言，单站图像的质量早已可以满足光学测量的精度需求，目前的主要难点在于图像的处理，如何高速高精度的提取空间目标的轮廓。而图像分析的重点之一就是对光测图像的预处理工作，只有在经过合适的图像预处理工作之后，后续的姿态测量工作才有继续实行的基础。预处理工作虽然重要但是其工作原理并不复杂，因此本文的重点在于后續的姿态测量，对于姿态测量而言，图像分割是极为重要且具有难度的一项工作，它需要将图像按照特征提取出感兴趣的目标，提取的标准可以由需求改变。这对于人而言似乎是一个极为自然的功能，但是对于计算机而言，这是一个极为复杂的“病态”问题，它是模糊的、多解的，为了解决这一问题，目前已经有了几种图像分割方法的发展方向。第一，基于边缘的图像分割方法，它利用了目标与其运动背景的差异，达到较好的图像分割效果，这一技术的难点也在于需要分割的区域也就是目标与背景之间的边缘对比，造成边缘检测的抗噪性与测量精度之间的矛盾，在提升测量精度的同时不可避免的带来轮廓的不合理，而在提高抗噪性时会出现漏检和位置偏差的可能。第二，基于区域的图像分割方法，它直接进行区域寻找，是根据事先定义的标准将像素或子区域聚合成更大区域的过程，首先进行分类分割，利用已知的训练样本集在图像的特征空间中找到决策的划分点，实现对图像的区域划分，此外还可以利用阈值分割法进行区域提取，通过设定每一个特征的阀值进行区域划分，这一中区域划分方法更加快速简便，但是实际上很难找到一个合适的阈值。第三，边缘与区域结合的图像分割方法，以上两种方法各有优劣，因此对这两种方法进行最大程度的综合对于光学测量而言是很有价值的，同时利用目标对象的边缘信息与图像的全局信息进行分割，对于特定区域的提取效果较好。例如活动轮廓模型。该类方法通过使用从图像数据获得的约束信息和目标的其他参数信息，如位置、大小、形状等等，可以较好的均衡目标分割匹配的精度与抗噪性的关系，达到一个较好的结果。由此可知，图像分割对于空间目标的三维姿态测量有着极大的运用价值。并且好的图像分割方法有助于实现后续空间运动目标三维姿态测量。
三、总结
飞行器的飞行姿态是评价飞行器质量的一个关键标准，因此更好的评价手段可以有效促进飞行器技术的发展。本文通过对飞行器三维运动姿态的测量手段进行简单分析，介绍了光学测量技术的原理与主要运用优势，希望对这一技术的成熟与发展有所帮助。
参考文献：
[1]王成刚， 李思奇. 一种基于虚拟目标的飞行器姿态测量方法[J]. 电讯技术， 2017， 57（11）：1251-1254.
[2]李兴红， 向茜. 空中飞行目标的三维姿态参数测量[J]. 导弹与航天运载技术， 2017（3）：65-68.
[3]赵立荣. 基于机器视觉的靶场飞行器姿态测量方法研究[D]. 长春理工大学， 2016.
关键词：光学测量;飞行器;空间姿态;轨迹控制
对于飞行器而言，目标的空间运动三维姿态是将其飞行状态进行运动解构的运动参数，而在实际应用中可以通过测量出的运动三维状态参数对飞行器的飞行轨迹精度进行评估，更好地确定改进方向，其对于飞行器的设计、实验、改进以及故障分析等都具有重要的实用价值与现实价值。空间三维的运动参数极为复杂，其测量难度较大，对于新技术的研究应用也具有极大的价值。
一、光学测试技术的应用必要性
1.1飞行器的空间三维测量的复杂性
飞行器的空间三维状态，其空间姿态的测量的复杂性主要表现在两点：其一是空间姿态的测量参数极为复杂，空间运动的自由度一共有六个，并且这只是单个整体的自由度数目，当扩展到空间机械的时候更加复杂，因此在进行姿态测量时需要整体的三个移动参数与三个转动参数进行精确的分析与整合，得出最终的运动轨迹，需要测量的参数较为复杂。其二是测量环境的复杂性，飞行器在空间飞行时的工作环境是极为复杂的，可能存在极为恶劣的工作环境也就是测试环境。传统的传感器测量手段对测量的环境要求较高，因此测量设备的抗干扰能力要求也较高，并且传感器测量设备需要在飞行器上安装配合的测量设备，会对飞行器自身的重量结构造成一定的改变，这对于飞行器测试阶段的数据测量极为不利，严重影响对飞行器的飞行能力的评估改进工作。并且飞行器测试中运动目标存在丢失的可能，可能会造成设备的损失，因此寻找新的测量方法时极具必要性的。
1.2 光学测量技术的应用优势
光学测量对于飞行器运动状态的测量是具有更大的优势，首先，它是非接触式，不会有传统传感器测量中由于测量设备安装在飞行器上，避免了由于测量设备的重量对飞行器的影响，增加飞行器运动轨迹测量精度，其次光学测量是全场性的测量，可以最全面的收集飞行器空间运动姿态的相关数据参数，得到最佳的测咯昂结果。最后光学测量相对于其他测量方式还具有更加方便可靠、价格成本较低等优势，根据相关精度的需求不同，可以利用高速摄像机、经纬仪及远距离照相机等光学设备进行运动目标的测量，已经成为较为常见的一种测量方式。
1.3 相关技术的完善
光学测量技术需要有完善的数字图像技术的支持，只有强大的图像处理技术才可以帮助光学测量技术真正运用到实际的运用中去。之前的光学测量技术对运动目标的测量是以点目标，只能获得飞行器的运动轨迹而无法获得具体的运动姿态。而为了获得较为精确的运动姿态则需要利用摄像设备对空间运动目标的运动信息进行拍摄记录，再通过事后较为复杂的目标空间姿态参数分析与提取得到需要的三维运动运动姿态，但是如此以来其实时性难以保证，对飞行器的测试时长极为不利。但是近年来的高速图像处理技术与更好图像处理算法的发展为进行实时光学图像分析提供了可能性。通过高速图像处理技术可以有效分析空间运动目标的三维轨迹和三维姿态特别是目标的俯仰角、偏航角等重要姿态，实时提取关键性信息，推动飞行器空间三维运动姿态的立体化测量发展。
二、光学测量的工作原理
光学测量技术作为一种被广泛运用的目标运动参数测量方法，工作原理并不复杂，传统的光学测量以光学望远镜为主，配合一些基于摄影、红外、激光等技术的测量设备进行跟踪测量，主要是对光学图像进行收集分析的一个过程，目前的发展也遵循这一原理。而光学测量质量的主要重点和难点也在于姿态测量方法和与此相关的图像处理技术。
2.1 多站面面交会法
传统的光学测量方法主要依靠空间运动目标的点判读方法，对于姿态的测量难以实现，因此通过设置更多的目标测量点位，是一种较为直接的姿态测量方法，通过测量点交汇而成的测量线进行测量，利用首位固定点的坐标变换能够实现，根据空间点所确定的空间直线可以得到目标的俯仰角与偏航角，得到空间运动姿态，但是多站点的测量易出现时间同步误差，并且各个仪器的测量也存在一定的定位误差，导致拍摄的运动参数存在一定的偏差，这就导致通过多站点合成的运动姿态的精度难以确保，并且复杂的测量环境更进一步造成各站点测量结果的偏差，因此这一方法的实际运用可能性不高。
2.2 单站图像分析法
单站图像确定空间目标的三维姿态具有更加重要的实际运用价值，而实际上从图像获取而言，单站图像的质量早已可以满足光学测量的精度需求，目前的主要难点在于图像的处理，如何高速高精度的提取空间目标的轮廓。而图像分析的重点之一就是对光测图像的预处理工作，只有在经过合适的图像预处理工作之后，后续的姿态测量工作才有继续实行的基础。预处理工作虽然重要但是其工作原理并不复杂，因此本文的重点在于后續的姿态测量，对于姿态测量而言，图像分割是极为重要且具有难度的一项工作，它需要将图像按照特征提取出感兴趣的目标，提取的标准可以由需求改变。这对于人而言似乎是一个极为自然的功能，但是对于计算机而言，这是一个极为复杂的“病态”问题，它是模糊的、多解的，为了解决这一问题，目前已经有了几种图像分割方法的发展方向。第一，基于边缘的图像分割方法，它利用了目标与其运动背景的差异，达到较好的图像分割效果，这一技术的难点也在于需要分割的区域也就是目标与背景之间的边缘对比，造成边缘检测的抗噪性与测量精度之间的矛盾，在提升测量精度的同时不可避免的带来轮廓的不合理，而在提高抗噪性时会出现漏检和位置偏差的可能。第二，基于区域的图像分割方法，它直接进行区域寻找，是根据事先定义的标准将像素或子区域聚合成更大区域的过程，首先进行分类分割，利用已知的训练样本集在图像的特征空间中找到决策的划分点，实现对图像的区域划分，此外还可以利用阈值分割法进行区域提取，通过设定每一个特征的阀值进行区域划分，这一中区域划分方法更加快速简便，但是实际上很难找到一个合适的阈值。第三，边缘与区域结合的图像分割方法，以上两种方法各有优劣，因此对这两种方法进行最大程度的综合对于光学测量而言是很有价值的，同时利用目标对象的边缘信息与图像的全局信息进行分割，对于特定区域的提取效果较好。例如活动轮廓模型。该类方法通过使用从图像数据获得的约束信息和目标的其他参数信息，如位置、大小、形状等等，可以较好的均衡目标分割匹配的精度与抗噪性的关系，达到一个较好的结果。由此可知，图像分割对于空间目标的三维姿态测量有着极大的运用价值。并且好的图像分割方法有助于实现后续空间运动目标三维姿态测量。
三、总结
飞行器的飞行姿态是评价飞行器质量的一个关键标准，因此更好的评价手段可以有效促进飞行器技术的发展。本文通过对飞行器三维运动姿态的测量手段进行简单分析，介绍了光学测量技术的原理与主要运用优势，希望对这一技术的成熟与发展有所帮助。
参考文献：
[1]王成刚， 李思奇. 一种基于虚拟目标的飞行器姿态测量方法[J]. 电讯技术， 2017， 57（11）：1251-1254.
[2]李兴红， 向茜. 空中飞行目标的三维姿态参数测量[J]. 导弹与航天运载技术， 2017（3）：65-68.
[3]赵立荣. 基于机器视觉的靶场飞行器姿态测量方法研究[D]. 长春理工大学， 2016.