旋转激光平面测角精度测试方法研究

空间测量定位系统是一种基于旋转激光平面进行角度交汇定位的网络测量系统,为了对系统测角性能进行评估,提出了一种测角精度测试方法。测试装置以多齿分度台作为角度基准对水平角精度进行检定,垂直角精度则采用解析方法进行估计。首先利用多面棱体、平行光管以及调整机构调整分度台旋转轴和发射站旋转轴平行,再利用千分表调整两旋转轴径向距离,保证两轴的同心度在0.05 mm以内,轴线夹角在10″以内。实验结果表明,系统水平测角精度高于3″,最佳垂直角精度可达1″。该测试方法有效可行。     

工作空间测量定位系统加权问题研究

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,简称wMPS)是一种基于旋转激光扫描平面定位技术的室内大尺寸定位系统。它可实现计量精度的三维坐标测量,主要应用于制造加工及装配领域。作为一种分布式系统,工作空间测量定位系统也存在着为不同测量节点分配权重的问题。考虑到在定位过程中误差的复杂性,提出一种根据不同测量区域,利用统计数据对不同测量节点动态分配权重的分权方法。为验证此方法,设计了对比实验,实验结果表明:文中提出的加权方法可显著提高工作空间测量定位系统的测量精度。     

超宽带室内定位的圆概率误差算法分析与应用

超宽带室内定位系统包含多个基站与定位标签,其优势在于高定位精度,因此,误差分析是该定位系统的关键之处。综合军用武器精度测量中的圆概率误差算法,以及超宽带室内定位系统中定位标签随机移动位置的因素,运用统计概率学中均值和二倍标准差的思想,提出适合于超宽带室内定位系统进行误差分析的圆概率误差R95算法。     

基于遗传算法的柱面光栅测角技术研究

高精度角度测量装置是保证旋转设备精度和性能的关键, 广泛应用于测量跟踪仪器中, 特别是对于大尺寸坐标测量仪器, 测角相比于测距是制约坐标测量精度的瓶颈。在精密一维轴系平台上, 采用高精度柱面光栅及四个读数头构建测角装置, 对传感器本身、安装及轴系跳动等误差因素对测角精度的影响进行了详细分析。基于角度测量标准器具校准角度测量误差, 对误差数据进行谐波分析。基于遗传算法提出了一种参数优化方法, 建立误差补偿模型, 对测角误差进行了补偿。实验结果显示, 补偿后柱面光栅测角误差减少为0.7, 证明了误差补偿算法的有效性, 显著地提高了角度测量精度。     

高精度星敏感器的标定

星敏感器是一种高精度的空间姿态敏感器,精度标定是保证其高精度测量效果中的重要一环。针对传统星敏感器标定的弊端,提出了将光学畸变、CCD倾斜角度、CCD旋转角度等作为一个整体进行参数拟合。该方法根据CCD不同区域的光学畸变、像等因素差别较大的原理,采用了先在全视场内建立一个星点的模型,然后对模型进行分区,对每一个区采用最小二乘法计算拟合参数,这样在进行星点精度计算时先带入拟合参数进行修正,最后得出单星的测量精度。该方法简单、方便、标定精度高。为了提高星点质心的提取精度,利用十字丝图像束代替星点图像,求出十字丝交点的质心。实验结果表明,A角标准差1.624″,E角标准差1.597″,完全满足系统要求的2″的高精度。     

平面面形绝对检验技术测量误差分析

绝对检验消除了参考面面形误差对干涉测量精度的制约,可实现纳米精度的面形测量。对现有主要平面面形绝对检验技术进行了总结比较,运用泽尼克多项式前36项构建被测平面,对边缘噪声、平面原始精度、旋转角度与偏心误差等因素对典型平面面形绝对检验技术测量精度的影响进行了模拟分析。绝对检验对被测平面原始精度、干涉图分辨率和旋转角度误差不敏感,对边缘噪声和旋转偏心误差敏感。实际测量中,旋转轴心对准误差应小于2 pixel,测量中心面积比取95%左右。     

基于FPGA 的双通道旋转变压器测角系统设计

设计了用于星载设备的双通道多对极旋转变压器的角度测量系统。以获取高精度的电机旋转角度值为目的, 在旋转变压器测角工作原理、误差分析以及双通道数据组合算法和测角系统软硬件设计等方面进行了研究, 并选用 FPGA 对步进电机的角位移量进行探测与解算。为验证所设计的双通道旋变角度测量系统的精度, 采用了分辨率更高 的海德汉光电编码器进行同时采集, 并将两者数据进行对比, 结果表明新设计的测角系统误差小于30′′, 满足设计精度 指标。     

移动机器人中激光雷达测距测角标定方法

针对目前移动机器人对环境地图构建精度低的问题,分别提出了激光雷达测距、测角的标定方法。通过误差传播定律分析引起激光雷达的测距误差因素,可知激光雷达测距误差主要是由回波强度和测量距离引起的,推导出测距误差修正模型。通过分析激光雷达测角误差因素,针对机械扫描轴与几何旋转中心偏心引起的误差,提出了一种三角形标定方法,建立测角误差修正模型。根据激光雷达测距、测角误差修正模型修改移动机器人坐标转换系统。实验结果表明,测距标定使平面障碍物数据纵坐标差值的标准差提高了30%~60%,接近物体真实几何特征;测角标定方法使障碍物数据的重合效果提高了30%,标定方法提高了移动机器人地图构建的精度。     

工作空间测量定位系统最佳测量点的确定方法

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,wMPS)是一种基于旋转激光扫描平面交会的室内大尺寸定位系统.它可实现计量精度的三维坐标测量,主要应用于制造加工及装配领域的测量和检测任务.作为一种大尺寸的测量系统,与中小尺寸测量系统相比,它的测量空间与测量精度的矛盾更加突出.如何寻找此系统所覆盖测量空间内精度最高的一个点或者以此点为中心的一个区域是一个非常重要而且有意义的问题.从该测量系统的测量原理出发,与传统经纬仪相对比,给出一种利用解算方程系数矩阵的条件数作为评价空间交会优劣的评价模型,继而引入粒子群算法来求解测量空间内的最佳测量点,实验结果表明:评价模型和对应的求解方法是正确的,也是有效的,利用此方法得到的测量点为中心的区域坐标不确定度最小,而且此方法为今后的发射站布局问题的研究打下了有益的基础.     

扫描平面激光空间定位系统测量网络的构建

为了提高先进装备制造过程中大型工件测量与定位的精度与效率,构建了扫描平面激光空间定位系统测量网络,研究相应的坐标系配准技术以充分融合各测站的信息.结合单系统的单发射站基于旋转平面激光自动测角和双发射站交汇测量原理,提出了基于刚体重心基准的坐标系配准算法,将各单系统的测量数据有效整合,实现测量网络的构建.搭建了由4个发射...     

MEMS陀螺漂移误差抑制方法研究

MEMS陀螺漂移误差是影响惯性测量系统精度的主要误差源,针对这一问题,引入旋转调制方法和卡尔曼滤波方法,利用旋转调制方法抑制陀螺的常值漂移,利用卡尔曼滤波方法减小随机漂移,并进行了仿真和实验,对调制和滤波前后惯性测量系统的姿态角误差进行了对比,结果表明,利用旋转调制技术和卡尔曼滤波方法分别减小陀螺的常值漂移漂移和随机漂移后,由这两种漂移误差引起的姿态角误差明显减小,惯性测量系统的测量精度显著提高。     

基于Fourier-Mellin变换和相位相关的MEMS旋转角度的测量

MEMS器件微结构的运动特性影响器件的性能和可靠性。为实现微结构周期运动过程中各个时刻的旋转角度的测量,提出一种基于傅里叶梅林(Fourier-Mellin)变换和相位相关算法的旋转角度测量方法。利用傅里叶梅林变换算法的旋转不变性,将图像空间坐标转换为对数极坐标的参数空间,旋转角度变化转化为平移的运动,然后利用相位相关的亚像素平移测量算法,得到微结构旋转角度。实验结果表明,该算法旋转角度测量分辨率达到0.01°,计算量较小且具有抗干扰能力。     

仿生复眼成像系统角度误差

为了实现仿生复眼成像系统的误差分析,介绍了一种误差分析的方法。建立了数学模型,通过找出坐标系的基底转换矩阵实现大地坐标和以子眼为原点的坐标系之间的转换,推导出当仿生复眼工作时其旋转角度与各参量之间的数量关系式,即系统的测量方程。运用函数误差方法将测量方程转化为误差函数方程,从而进行误差分析。并且搭建了实验,采集了实验数据,通过比对理论计算值与实际测量数据验证该分析方法的可行性。计算得系统理论旋转角度误差为3'14,实际测得的旋转角度误差3'15,理论计算值与实际测量值基本一致,证明该误差分析方法是可行的。     

基于旋转圆柱体法的太阳光入射角度测量研究

太阳光线角度测量中,开关量测量方法存在精度差、光敏元件多的问题;模拟量测量方法也存在测量范围小、光敏元件特性不一致性且难以处理的缺点。针对这些问题,文中提出了带有光电池的旋转圆柱体法。圆柱体表面开有沿轴向、倾斜的特殊槽,待圆柱体旋转后,通过测量底部光伏电池最大电流处的旋转角度,即可计算出方位角和高度角。文中方法采用了抛物线插值,提高了最大值处的旋转角度精度。实验结果表明,该方法能取得较好测量精度。     

水平方向上的大气透过率和热辐射计算模型研究

大气透过率和大气热辐射是影响目标本征辐射特性测量精度的重要因素。传统的空间目标辐射特性测量方法就是利用大气观测设备配合MODTRAN等软件或者利用红外恒星计算大气热辐射。然而，水平方向上的空气对流和复杂的地面状况会导致模式计算大气热辐射不确度增大，而火箭、导弹等目标发射起始段的红外特性测量有助于实现目标识别。因此，研究水平大气透过率和热辐射对于目标红外辐射特性测量具有十分重要的意义。针对以上问题，首先借鉴垂直廓线理论建立了同层大气“水平温度廓线”模型。然后推导了水平方向上的大气透过率和热辐射计算公式，并对其进行了实验验证。最后将大气热辐射的MODTRAN软件计算结果和实验测量结果进行了比较。结果表明，基于传统软件的热辐射计算精度为8.65% ，而本文方法的计算精度为4.91%。该实验说明这种算法在水平方向上是正确的。通过公式推导和实验验证说明了本文方法的合理性，为目标辐射特性测量过程中的水平大气透过率和热辐射计算提供了一种新的思路。     

基于激光自混合干涉的高精度角度测量方法

针对光学高精度角度测量技术的需求,基于激光自混合干涉技术提出一种高精度角度测量方法。建立了激光自混合干涉技术高精度测量角度的系统模型,利用干涉条纹计数法分析出目标物体具有角度变化时,外腔长度产生的变化量,并通过激光三角法测量原理计算出目标物体旋转的角度,从而构建出精确的角度测量系统。实验结果表明:该测量系统在±0.4°角度范围内测量精度可达(±3.1×10-3)°,具有精度高、速度快等显著优势,是对现有高精度角度测量技术的一种有益补充。     

基于数字图像相关的刚体面内微小转动测量及转动中心定位

基于刚体面内微小转动测量在实验力学测量中的必要性和重要性,开展了利用数字图像相关方法(DICM)定量测量转动角度和准确定位转动中心的研究。从理论上分析了刚体面内转动角度与面内位移分量之间的关系,运用计算机仿真散斑图进行数值模拟研究,得到的转动角度和转动中心位置测量误差都在2%以内,模拟结果验证了数字图像相关法进行刚体面内微小转动定量测量的可行性。运用数字图像相关法对刚体面内未知微小转动进行了实测,并与几何光学实验方法所得到的结果进行了比较,两者结果误差为3.1%,符合较好。实验结果表明数字图像相关方法可以作为定量测量刚体面内微小转动的有效方法。     

三坐标激光测量技术规范中参量确定的方法

为了确定三坐标激光测量的最佳参量组合,获得较好的测量效果,采用正交实验法进行了理论分析和实验验证。在选取实验中设置的第10档最快速率、频率选取为30Hz、景深水平选取为最佳景深、角度垂直于被测工件表面的参量组合下,测量效果最佳。结果表明,该研究中参量选择从定性跨越至定量,可有效改善三坐标激光测量过程中参量选取难的问题。     

关于检测抛物面反射镜质量的技术研究

为了对小尺寸抛物面反射镜进行质量检测, 采用平行光聚焦的方法测量焦距, 旋转被测反射镜的方法测量偏心角, 再结合图像处理的方法测量弥散斑大小, 并提出了一种减小测量误差的方法; 对这些测量方法进行了理论分析和实验验证, 得到了待测反射镜的焦距、偏心角和弥散斑大小。结果表明, 焦距的相对误差在0.1%以内, 偏心角误差在7%以内, 弥散斑大小小于0.2mm, 测量结果可靠。该方案设计为其它小口径的非球面的检测提供了很好的思路, 并且为减小测量误差、提高测量精度提供了很好的研究方法。