一种机载双天线InSAR基线动态测量方法

机载双天线InSAR系统两个天线非刚性连接时,为保证高程测量精度和成像质量,必须对干涉基线进行动态精密的测量。该文研究了一种基于单相机和激光测距仪组合的动态基线测量方法,通过分别测量两个天线的中心位置和姿态,得到干涉基线长度和基线角。论文对该方法进行了原理性研究和地面验证实验,实验通过可精确控制轨迹的运动平台模拟天线运动,实验结果表明该方法在8 m摄影距离处位置测量精度优于0.2 mm,姿态角精度优于70,是动态测量干涉基线的有效方法。     

基于图像特征融合的无人机位姿测量方法

针对实际无人机位姿测量过程中可能出现的特征数不够、测量精度不高等问题,提出了基于图像特征融合的无人机位姿测量方法及系统。测量过程中充分利用提取得到的无人机图像角点、机翼线以及对称轴特征。利用线-线交会最小二乘求解得到无人机图像中同名特征角点的世界坐标;根据各摄像机间的关系及检测到的直线特征,利用奇异值分解方法解算得到机翼线及对称轴在世界系中的单位方向向量;融合检测得到的角点特征、机翼线以及对称轴特征解算得到无人机的位姿参数。仿真试验结果表明:采用2台数字摄像机的合理布站,噪声标准差为1、无人机距离约为1200 m时,位置精度小于0.05 m,姿态测量精度小于0.5°,且摄像机的台数增加有助于提高位姿测量精度,精度对比验证了所提测量方法的正确性、可行性和高精度。     

基于MLE算法的海上角度交会测量方法及其精度分析

针对我国现有测量船单站REA测量体制精度相对较低的问题,提出了基于光电经纬仪的海上角度交会测量方法。介绍了角度交会测量原理和设备布站原则,构建了AE-AE异面交会测量系统,设计了基于MLE(Maximum Likelihood Estimation)算法的海上角度交会测量算法和船摇修正方法,仿真分析了船体姿态测量误差、设备测角误差以及站址定位误差等的影响。仿真结果表明,站址测量误差是海上角度交会测量的最主要误差源,船体姿态测量误差和设备测角误差对海上角度交会测量精度有一定的影响,当船体水平姿态测量误差优于20″、航向测量误差优于30″、设备测角误差优于20″、站址测量误差优于1 m时,海上角度交会测量精度可达1 m。该法解决了动态条件下的飞行目标高精度测量技术难题,为后续工程设计奠定了基础。     

双目测量系统目标相对位置误差分析

目标特征点三维坐标的测量精度直接影响目标位姿的解算,准确确定影响目标位姿的误差因素,对各项误差进行合理分配及综合,是提高目标测量精度的关键。目前,像点提取精度、特征点匹配精度根据现有算法已达到瓶颈,而在摄像机内部结构及标定等方面提高测量精度还有较大的研究空间。通过建立成像点坐标测量方程,综合分析各误差因素对目标位置的影响。通过实验分析与仿真,摄像机内部结构误差及标定误差对成像点坐标的影响在一个像素内,当f=0.031 9 m,目标距离为20 m时,目标位置总体测量精度为0.029 4 m。对光学成像系统内部结构的设计及电子器件的选型具有较大参考价值。     

基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法

针对现代工业生产中大型装备的生产、制造和装配对于姿态精准测量提出的需求,提出了一种基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法。首先,阐述了姿态测量系统的组成,并对姿态测量系统中使用的坐标系进行定义;其次,建立了姿态测量数学模型,在此基础上利用加权最小二乘法对冗余角度信息进行数据融合,并采用蒙特卡洛法对融合方法进行了仿真分析;最后,搭建了姿态测量实验平台,利用精密二维转台对系统姿态角测量精度进行了评定。实验结果表明:在[?30°, 30°]角度范围内,测量距离为3 m时姿态角测量精度为0.28°,测量距离为8 m时姿态角测量精度为1.76°;与单目视觉法相比,姿态角测量精度在3 m时提升了6.7%,在8 m时提升了18.8%。文中提出的数据融合方法对姿态角测量精度的提升具有较好效果。     

基于矢量定姿原理的高精度星像片姿态计算模型

在航空航天技术中，为了能够精确确定卫星的位置，卫星需要拍摄星空中的恒星，得到星像片，利用星像片上的信息来得到卫星的姿态信息，这些姿态数据在卫星定位中起到了重要的控制作用。基于矢量定姿原理和摄影测量中的共线方程，文中设计了一个通过星像片来获取卫星姿态信息的计算模型。同时通过计算恒星视位置，查阅星表数据库，改善了卫星姿态计算算法的精度。经过具体实验，姿态角计算可达到≤mq，mg≤08和mk≤5的精度。     

手眼相机位姿测量精度理论分析及验证

从理论和实验上对手眼相机位姿测量精度进行了研究。首先,根据靶标设计形式和P3P 算法介绍位姿测量原理。接着,从理论上分析了位置测量精度和姿态测量精度,即靶标沿X 轴平移位置测量精度和靶标绕X 轴、Y 轴、Z 轴旋转测量精度。然后,对通常的检测方法进行分析,提出了以产生相对位姿实现六维自由度变化的检测方法,提出用中误差对测量精度进行评价,并具体介绍了检测方法。最后,对手眼相机测量精度进行了实际检测,将实验数据与理论数据进行了对比分析。实验结果表明:距离测量精度最大为25.60 mm,旋转测量精度最大为1.4毅,均满足测量精度的要求。     

MEMS惯性测量系统安装误差分析与补偿

针对实际工程应用中微惯性测量组合与惯性测量系统之间的安装误差会影响载体测量精度的问题,提出一种有效补偿安装误差角的方法。在分析微惯性测量组合与系统间安装误差角产生机理的基础上,建立了安装误差模型,推导了求解安装误差角的方法。通过三轴位置速率摇摆温控转台实验验证了安装误差角求解算法和安装误差角建模补偿方法的正确性和有效性。实验结果表明该方法能够很好地补偿微惯性测量组合与系统之间的安装误差角,将惯性测量系统的姿态测量精度提高1～2个数量级,具有很强的工程应用性价值。     

基于虚拟控制点的像机姿态测量算法

像机姿态测量,包括确定像机的旋转矩阵与平移向量,在机器视觉领域中有着非常广泛的应用。针对控制点异面分布的情况,提出了一种基于虚拟控制点的像机姿态测量算法。算法的主要思想是利用少量虚拟控制点实现像机姿态的短时间迅速求解,然后通过目前非常成熟的正交迭代算法,对求解结果进行精细调节,从而在整体上提高测量算法的精确度与稳定性。实验结果表明,算法在性能上优于目前比较流行的几种像机姿态迭代求解算法,而且具有较强的抗噪声干扰和抗控制点误匹配的能力,可以应用在实际的测量环境当中,是一种有效的像机姿态测量算法。     

采用张量分解的四摄像机测量系统标定方法

摄像机标定是精密三维视觉测量的关键,为了实现对多摄像机测量系统的精确标定,首先分析了现有基于一维靶标的多摄像机标定方法的优缺点,并针对其不足,提出了一种基于张量分解的多相机标定方法,该方法主要包括以下三个方面的内容:(1) 利用透视投影成像模型和刚体变换理论建立多摄像机测量的数学模型;(2) 分析现有基于基本矩阵的多摄像机标定方法存在标定结果之间相互耦合的问题;(3) 将四摄像机测量系统的四焦张量引入标定过程中,利用一维标定靶标的成像点坐标求解的四摄像机测量系统的四焦张量,并根据四焦张量的简化求解方法来精炼获取摄像机矩阵。最后,通过实验验证了该方法的有效性和准确性,实验结果表明:(1) 四摄像机三维测量系统的标定可仅通过三组标定靶标图像即可实现,且标定操作效率相对于基本矩阵法更高;(2) 在4000 mm×4000 mm×2000 mm范围内,多摄像机测量系统的精度达到4 mm (3σ),相比于传统方法具有更精确的标定结果。满足室内运动目标位姿精确测量的要求。     

基于Wigner-Ville分布的空间目标多姿态角特征融合识别算法

通过参考空间目标实测数据库,提出了一种基于 Wigner-Ville(WV)分布的空间目标多姿态角特征融合识别算法.其利用信息融合技术及矩阵奇异值的特性,对不同姿态角的参考特征矢量进行加权处理,获得表征目标的融合特征矢量.通过大量实测数据验证,本方法对空间目标能够正确判决分类,并具有一定的实时性.     

基于视觉/惯导的掘进机实时位姿测量方法研究

针对煤矿井下掘进机实时位姿自动检测的难题,通过分析比较现有几种位姿测量方法的优缺点,提出了一种基于视觉/惯导的掘进机位姿组合测量方法。该方法通过激光捷联式惯导系统得到掘进机的姿态信息、单目视觉测量掘进机的位置信息,从而实现掘进机实时位姿的5自由度测量。依托大柳塔煤矿的快掘设备对该方法进行了实验验证。结果表明,姿态测量精度为0.1°,静态漂移的标准差不大于0.25°,位置定位精度优于1cm。该方法能够用于掘进机实时位姿测量,具有广阔的工程应用前景。     

联合瞬时姿态估计的可见光成像定位技术

针对可见光成像定位中目标位置估计所涉及的高维空间搜索收敛慢的问题,引入降维设计思想,联合惯导单元(IMU)的瞬时姿态估计,将搜索空间缩小到带约束特征的样本空间,据此提出一种联合目标瞬时姿态估计的高维空间搜索方法。该方法以瞬时姿态信息特征构建目标寻优函数作为约束条件,缩小遗传算法中个体优秀基因的进化范围,显著提高了进化速度,同时规避了对初始样本空间的依赖性,提高了算法的鲁棒性。仿真结果表明,算法的位置估计均方误差优于40 mm。     

基于激光位移传感器的3维位置测量算法研究

为了实现空间高微重力主动隔振系统反馈控制回路设计,采用6个激光位移传感器对隔振平台上3个正交的定位面的位移进行测量,实现对其3维位置和姿态的解算,并给出了推导过程,通过数值仿真,实验验证了有效性,同时对于解算过程中的误差来源与其对解算结果的影响进行了分析,给出了误差影响因素与解算误差之间的关系。结果表明,此3维位置和姿态的解算算法能够准确地解算出隔振平台的3维位置和姿态,且理论解算误差在30μm以内。此研究对基于位移测量的反馈控制回路设计有一定的实用价值和发展前景。     

A High Speed Autofocusing System for Micro System Applications

In this paper, we present a high speed autofocus system for micro system applications and design a look-up-table based autofocusing algorithm for applications when a target object is always visible, e.g., manufacturing parts with alignment fiducials. We perform an evaluation of 24 focus measures to verify that which focus measure is the best for the look-up-table based method. From the evaluation, we find that the Chebyshev moments-based focus measure (CHEB) is the most suitable. Furthermore, we also develop a look-up-table based autofocus system that uses CHEB as the focus measure. In training phase, we offline construct a table from training images of an object that are captured at several lens distances. Each entry of table consists of focus measure computed from image and lens distance. In working phase, given an input image, the algorithm first computes the focus measure and then finds the best match focus measure from the table and looks up the corresponding lens position for moving it into the in-focus position. Our algorithm can perform autofocusing within only 2 steps of lens moving. The experiment shows that the system can perform high speed autofocusing of micro objects.     

基于无迹卡尔曼滤波的iBeacon/INS数据融合定位算法

针对微机电惯性导航系统(MEMS-INS)定位解算存在积累误差及低功耗蓝牙技术iBeacon指纹定位存在跳变误差等问题,该文提出一种基于无迹卡尔曼滤波器(UKF)的iBeacon/MEMS-INS数据融合定位算法。该算法对iBeacon锚点与定位目标的距离进行解算,利用加速度计和陀螺仪的数据实现姿态阵和位置解算。将蓝牙锚点位置向量、载体速度误差信息等组成状态量,将惯性导航定位信息和蓝牙定位距离信息等组成观测量,设计无迹卡尔曼滤波器,实现iBeacon/MEMS-INS数据融合定位。实验测试结果表明,该算法有效解决MEMS-INS存在较大积累误差及iBeacon指纹定位存在跳变误差的问题,可以实现1.5 m内的定位精度。     

基于区域模板相关的图像匹配方法研究

传统的图像相关匹配方法是利用求取对应像素灰度的相关性进行图像之间的相似度量的。由于参考图和实测图之间存在着灰度差异、模糊、噪声以及局部遮挡等,这就使得仅依靠图像灰度相关进行匹配的算法性能受到影响。基于图像分割后的区域是比像素灰度更高一级的图像表述,利用势函数聚类自适应多阈值图像分割技术,提出了一种对图像的加权区域模板相关匹配的算法。这种算法建立了一种目标区域隶属度的相关度量方法。试验结果表明了该算法在多种图像变形情况下的有效性。     

一种基于红外传感器的无人机姿态测量方法

针对红外温度传感器能灵敏感应天空地面热辐射的特点,提出了一种基于红外传感器测量无人机姿态信息的方法,相比传统姿态测量传感器,红外传感器具有体积小、重量轻、无漂移、成本低等优点;针对该方法介绍了由三对正交安装的红外传感器测量姿态角的基本原理及能获得更好视场角的45°安装方式;并通过场地实验获得了红外传感器的对地倾角和输出电压的函数关系;通过推理得到无人机姿态测量算法,实现了根据红外传感器的差动输出信号计算无人机的姿态角;同时对太阳的干扰问题作了适当的研究;为了验证算法的可靠性,进行了机载飞行实验。实验结果表明,该方法可以有效的测量无人机的姿态角。     

遗传算法在雷达目标匹配识别中的应用

基于多散射中心理论建立待识别目标的散射中心模型，并用遗传算法进行最佳目标匹配的快速搜索。与一维距离像全姿态角匹配识别方法比较，具有计算量、存贮量较小的特点。仿真试验验证了算法的有效性。     

无位置输入的姿态航向算法研究

针对姿态航向参考系统中出现的无法装订初始位置信息,不能实时计算飞行器位置信息,引起的地球自转角分量误差无法补偿问题,提出了将速度和姿态误差方程中有关位置项进行简化的方法.简化后的姿态误差方程所造成的误差等效为陀螺漂移的思想,从理论上分析了简化算法因无法补偿位置项和地球自转角分量而造成的误差,设计了基于姿态角的内阻尼卡尔曼滤波器,估计陀螺漂移,修正姿态误差.实验结果表明,对于漂移为10 (°)/h的光纤陀螺构建的系统,修正后姿态精度优于0.3°,航向精度优于1°.