空空目标动态RCS仿真方法

预警机具有全空域的远距离探测能力,是现代空战不可缺少的战略装备。首先,推导测量雷达坐标系和目标坐标系在姿态角变换下的转换公式;其次,以苏27 战斗机为例,构建目标全空域的静态RCS数据库,采用准静态法对目标进行动态RCS仿真,大大增加了目标RCS仿真效率,并叠加随机抖动模型修正了姿态角,使数据更加贴近实际,提高了仿真精度。该方法对雷达目标动态特性的研究具有重要的参考价值。     

激光跟踪仪高精度测量运动物体位姿的研究

为了实现运动物体空间位姿高精度的实时测量,基于激光跟踪仪测量的地理坐标系的方法,采用两个激光跟踪仪分别瞄准运动物体首尾两处的标靶,两台激光跟踪仪同步触发采集数据,实时获取运动物体首尾两点的空间坐标数据,测量了运动物体在空间地理坐标系下的位置和姿态信息;利用自主研发的软件计算了运动物体的空间位姿,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,测量系统的稳定性与精度较好,所提出的测量方法能够满足高精度的空间位姿测量要求。     

视觉引导激光跟踪测量系统的Cayley变换校准方法

对于一台激光跟踪仪对多个测量点进行测量的问题,提出了一种视觉引导激光跟踪测量方法。摄像机固定于激光跟踪仪顶部,随之旋转对测量范围内激光跟踪仪反射器进行定位,引导激光跟踪仪激光投射到反射器上。标定摄像机与激光跟踪仪相对姿态,用平面圆孔靶标。激光跟踪仪和摄像机同时测量圆孔靶标,将两个坐标系下对应三维点数组进行均值化处理,变为两个坐标系下对应的向量组,向量组之间的转换关系,即激光跟踪仪与摄像机之间的旋转矩阵。再根据两坐标系下对应的任一点的三维坐标,求解两坐标系的平移矢量。此标定算法把对两个坐标系之间的旋转矩阵的求解,通过Cayley变换,转换为对与转换矩阵相对应的三维向量的求解,求解过程简单稳定。实验结果表明,靶标摆放50次,测量误差小于1 mm。把校准结果应用到实际测量中,激光跟踪仪可快速准确地将激光束投射到反射球中。此方法操作简单,稳定性强,具有很高的实用价值。     

低轨凝视卫星动态跟踪对成像的影响分析

为实现凝视卫星动态跟踪清晰成像,建立了卫星对地实时跟踪成像的数学模型,推导了卫星凝视跟踪成像时本体坐标系相对轨道坐标系的姿态角和角速度的变化,设计了物像位置与速度矢量映射算法,搭建了焦平面像点与地面景物点位置与速度变化的一一对应关系,结合蒙特卡洛方法统计分析了动态跟踪成像过程中卫星的姿态变化及姿态动态跟踪精度对成像的影响。最后,利用CMOS相机和小卫星姿态控制系统全物理仿真平台对凝视成像进行了仿真分析。结果表明:卫星凝视成像过程中,像面存在卫星姿态变化及姿态动态跟踪精度引起的像在探测元上的驻留时间小于探测器的积分时间,分析及仿真得出,为满足驻留时间大于或等于积分时间的要求,仿真平台动态跟踪精度优于0.002(°)/s时,可实现500 km凝视卫星2 m分辨率动态跟踪清晰成像。     

基于激光跟踪仪的快速镜面准直与姿态测量方法

提出了一种利用激光跟踪仪进行镜面准直和姿态测量的方法,分析了测量精度。分别利用高精度电子经纬仪与激光跟踪仪对单个立方镜和双立方镜进行准直和姿态测量,计算固定立方镜相邻镜面夹角和双立方镜坐标系间的转换参数,对比新方法的测量精度。同时比较测量效率、测量环境要求。实验结果显示:比于传统镜面拟合法低于0.5'的准直测量精度,新方法精度达到10量级,与主流的经纬仪方法相当;同时,新方法在测量效率上较经纬仪方法提高1倍以上,对测量环境的要求也较为宽松,在实际生产中可以代替经纬仪进行准直与姿态测量工作。     

激光跟踪仪在汽车制造业在线检测中的应用

本文介绍了激光跟踪测量技术在焊装夹具装调上的应用,以及API新一代激光跟踪测量技术,包括ADM绝对测距技术、Intelliprobe智能测头技术和基于数模的拟合坐标系测量方法以及这些功能的应用实例.     

激光跟踪仪目标脱靶量精密探测方法

激光跟踪仪是一种用于大尺寸空间精密几何坐标测量的重要光学测量仪器。PSD是激光跟踪仪实现对合作目标精密跟踪的脱靶量传感器件,其探测精度直接影响跟踪测量性能。首先,简要介绍了激光跟踪测量系统及基工作原理,然后根据系统需求提出了脱靶量精密探测方案。重点讨论了I/V变换、信号放大、滤波、参数匹配等硬件设计方法以提高PSD输出微弱电流信号的稳定性,研究提出了基于FPGA和有限状态机的去极值平均滤波算法和扩展除法运算算法分别用于降低噪声干扰与提高测量精度;数据表明在4mm4mm的区域内脱靶量探测稳定度优于2m。采用该方法实现激光跟踪仪对合作目标的动态跟踪,很好地满足了激光跟踪仪的精密快速跟踪需要。     

动态陀螺传感器在光电跟踪设备视轴稳定系统设计中的应用

姿态测量系统的精度是影响动基座光电跟踪设备的视轴稳定度的主要因素,介绍了SMC-108动态陀螺传感器的工作原理和使用方法,以及基于该动态陀螺传感器测量姿态的光电跟踪系统设备视轴稳定系统的设计与试验.     

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。     

面向特大齿轮的激光跟踪测量精度提升方法

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升,采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式,建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系,实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法,摒弃其角度测量模块,建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型,通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代,以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验,分析对比测量数据,组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm,误差标准差为0.004 mm,相同条件下,使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明,该方法显著提升了测量精度,满足了特大齿轮现场齿形测量的要求,具有较好的理论与工程应用价值。     

空间目标激光回波光斑中心位置推算及分析

针对空间目标激光回波信号测量需求,本文从速差效应入手,以激光跟踪测量设备的回转中心为坐标原点,建立了垂线测量坐标系,推算出了激光回波光斑中心位置坐标公式,给出了激光回波光斑中心位置的计算方法,并进行了实例计算及计算结果分析。该组公式及计算方法可用于激光回波位置预估、激光跟瞄能力评价等方面。     

基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究

利用计算机视觉进行姿态测量的方法已广泛应用于现代控制、导航、跟踪等多个领域中。研究并设计了一种基于P4P矩形分布的平面靶标和EPNP算法结合的单目视觉姿态测量方法。首先,利用单相机获取平面靶标图像,经图像处理后得到四个特征点的像素坐标,并使用EPNP算法进行姿态解算;其次,对姿态角测量误差进行了仿真分析,为提高姿态测量精度提供了理论指导和依据;最后,提出一种与高精度二维转台结合的坐标系配准方法,利用该方法对三个方向姿态角精度进行验证。实验结果表明:当绕x和y轴的转动角度在[-6,6]时,姿态测量误差小于0.1,可以满足测量应用需求。     

视线坐标系带多普勒观测的雷达目标跟踪

雷达观测量与目标状态呈非线性关系,使目标跟踪成为非线性滤波问题,目标状态估计精度与跟踪滤波算法复杂度成了一对不可调和的矛盾。提出了在视线坐标系中建立观测方程,将笛卡尔坐标系中的目标运动方程转换到视线坐标系中,使得雷达观测量尤其是多普勒速度观测与目标状态呈线性关系,并推导得到了该坐标系下的卡尔曼滤波算法,比较了与标准卡尔曼滤波算法的不同。仿真结果表明,该算法不仅能改善跟踪滤波效果,还明显降低了算法复杂度,节省了运算时间。     

激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统

现今随着大型工件制造、装配需求的增加,对此类产品的制造装配精度的需求也在不断地提高。高精度的测量和控制成为制约高端制造业发展的一个重要因素。对此文中研究了一种基于激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统,该系统由四台绝对距离测量激光跟踪仪和上位机构成,既充分利用了绝对激光干涉测距的精度优势和断光续接的能力,又避免了传统激光跟踪仪角度测量带来的误差。同时,为提高自标定算法的精度,提出并研究了一种依赖距离的残差模型。通过实验表明,该系统实现了在20 m大范围空间内小于20 m的测量误差,测量不确定度为12.3 m。较之单台绝对激光跟踪仪系统的精度有很大的提升,实现了在工业现场在线、高效、精密的三维坐标测量。     

基于球心拟合的多边激光跟踪系统自标定方法

随着大尺寸工件和设备的制造加工以及装配的精度要求提高,对工件加工装配过程进行测量的测量系统精度要求也有所提高。多边法激光跟踪三维坐标测量系统只利用距离测量数据解算空间点坐标,能够避免激光跟踪仪角度测量带来的误差。文中提出了一种通过在跟踪仪测头挂载夹具进行球心拟合来获取跟踪仪测量原点的方式进行系统自标定,并辅以移站的方式,可使用两台激光跟踪仪构建四站多边法激光跟踪三维坐标测量系统。另外,文中还尝试了三站系统的构建。实验证明,四站系统将对标称长度1000.943 mm位于约20 m处的标准尺长度测量误差由最大110 μm减小至28 μm,三站系统将对标称长度969.045 mm位于约7.5 m处的标准尺长度的测量误差由最大67 μm减小至21 μm,相较于单台跟踪仪提高了精度,相较于传统多边系统降低了测站数量和成本,能够在工业现场实现高精度三维坐标测量。     

四路激光跟踪三维坐标测量系统最佳布局

四路激光跟踪三维坐标测量系统的测量精度在很大程度上取决于四路干涉仪的布局。系统地研究了四路激光跟踪三维坐标测量系统的布局优化问题,以被测点的位置几何精度衰减因子(PDOP)最小为目标进行优化,得到了三种系统最佳测量布局。考虑到系统自标定对布局的要求以及目标靶镜接收角范围的限制,得到了一种具有实用价值的系统最佳布局。     

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。     

基于大地坐标的对空超视距目标跟踪研究

在超视距目标跟踪中,由于地球曲率的影响,基于直角坐标建立目标的状态方程和观测方程不再合适。针对这一问题,建立了基于大地坐标的目标状态方程和观测方程,并将Unscented卡尔曼滤波方法(UKF)运用到大地坐标系下的对空目标跟踪中。通过仿真试验,验证了该方法的可行性。     

Multi-sensor fusion method for roadheader pose detection

Pose detection of roadheader has become an important topic in the field of mine automation. This paper presents a method of multi sensor data fusion for the detection of roadheader fuselage pose. The pose detection system consists of a cross laser transmitter, several photoelectric sensors and an inclination sensor. The laser transmitter is used to create reference coordinate frame. The photoelectric sensors and inclination sensor are used to acquire data for the calculation of roadheader pose. The spatial algorithm for the pose parameters of roadheader is derived by fusing the measurement data of photoelectric sensors and inclination sensor. A test platform is built to verify the performance of the pose estimation system. The experimental results show that by using multi-sensor data fusion method, the pose estimation system has higher measurement accuracy and can meet the requirements of engineering application.