基于航迹-航深信息的声学测速基阵校准技术研究

针对声学多普勒测速仪安装过程中存在的基阵坐标系与载体坐标系之间的不重合问题,以实际工程应用为背景,提出了综合采用测速仪的速度推算航迹及其波束域斜距信息的三维安装偏角精确校准方法。利用航偏角校准精度受纵、横摇偏角影响小的特点,采用载体上的高精度全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、姿态装置推算航迹建立航偏角观测方程,实现航偏角校准。在此基础上,利用波束域斜距与纵、横摇偏角之间的几何方程,精确解算纵、横摇偏角。仿真分析了校准算法性能,并通过外场试验数据验证了校准算法的有效性。结果均表明该方法能够实现基阵三维安装偏角的精确校准,有效提高了导航精度,具有较好的工程应用价值。     

高精度机动车GPS测速仪模拟校准技术研究

介绍了高精度机动车GPS测速仪的模拟测速误差校准技术,分别基于Labsat以及GSS6700两种GPS信号模拟器建立了GPS测速仪模拟校准系统。在20～200km·h^-1范围内特定速度点,对同一台高精度机动车GPS测速仪,使用两种模拟校准系统分别进行了模拟测速误差的校准。结果表明,使用两种GPS信号模拟校准装置测得的高精度机动车GPS测速仪的模拟测速误差相近,均在±0．05km·h^-1或±0．05％范围内,校准不确定度分别优于0．024％（k=2）和0．030％（k=2）,均能够满足高精度机动车GPS测速仪的溯源要求。     

激光测速仪的校准方法和装置

机动车超速自动检测系统的关键部分是机动车测速仪,包括线圈测速仪、多普勒雷达测速仪和激光测速仪三种类型.由于激光测速仪测速仪具备取证能力强、测速有效距离大(可达1Km)、测速准确度高(测误差<+1Km/h)、测量时间短、能测定车辆加速瞬间的速度等优点,受到了全世界广泛的认可和关注.     

风速校准中激光多普勒测速仪激光器的选择

正0引言激光多普勒测速仪(以下简称LDV)是测量通过激光探头的示踪粒子的多普勒信号[1],再根据速度与多普勒频率的关系得到速度。LDV是目前世界上测速准确度最高的在线实时测速仪器。由于是激光测量,测速范围宽,而且多普勒频率与速度是线性关系,与该点的温度、压力无关,其还具有非接触测量、不干扰流场的特点,因此LDV系统极其适合速度仪器校准。LDA系统包括电路和光路两部分。光路部分包     

基于激光多普勒测速仪的皮托管校准实验研究

用皮托管测量风速时需要其校准系数α来修正测量结果,激光多普勒测速仪可用于皮托管的校准。在校准过程中,皮托管探头附近的绕流和实验段流场在轴线上的速度分布偏差会影响校准结果。为评估或修正这些影响进行了实验研究,实验结果表明：皮托管探头对原有流场的干扰会影响α的校准结果,因此校准时须找到合理的激光多普勒测速仪测量位置以尽可能地避免这种影响;实验段流场轴线上固有的速度分布偏差也会影响校准结果,这种影响可以通过实际测量来修正。     

模拟多普勒频率误差测量的不确定度分析与评定

一、概述 机动车雷达测速仪检定装置模拟速度多普勒频率发生器（以下简称“频率发生器”）是根据JJG528—2004《机动车雷达测速仪》检定规程第7.2.2条款的技术要求研发制造的。该装置是以多普勒频率形式输出模拟速度校准信号的,所以,该信号的准确与否直接决定着速度量传的准确度。     

移动式机动车现场标准测速仪溯源技术的研究

介绍了当前广泛使用的两种基于光电和GPS原理的非接触移动式机动车现场标准测速仪的溯源技术,对光电式机动车速度仪和高精度机动车GPS测速仪进行了实验室模拟测速误差的检测和机动车道路速度实测值的对比试验。在10～180km/h范围内特定速度点,采用同步齿形带式台架校准装置对光电式机动车速度仪进行校准;采用机动车GPS信号模拟器对高精度机动车GPS测速仪在相同速度点进行模拟测速误差检测。使用机动车道路速度实测方法对两类测速仪器在20～150km/h速度范围内的测速性能进行对比,结果表明,两类测速仪器在速度波动较小时,不同速度点的测速偏差在±0.3%范围内;速度变化较快时,高精度机动车GPS测速仪的速度测量值响应速度较快,而光电式机动车速度仪的速度响应与之相比有一定的延时滞后,两者的最大测速偏差在±8%范围内。因此,在能够搜到6颗以上卫星信号时,使用高精度机动车GPS测速仪具有更好的测速性能。     

基于GPS的道路测速系统校准仪器的研制

设计研制了一个基于GPS的道路测速系统校准仪器。该仪器可通过一个GPS接收机记录运动载体的行驶速度及时间、行驶路程,工作人员还可以方便地从软件中提取任意时间、任意地点的速度或任意时间段、任意路段的区间速度,并将其与其他测速系统的测量值进行比对校准,从而完成对其他测速系统如雷达测速仪的校准溯源。     

基于软件声纳概念的波束稳定

声纳载体航向和姿态的变化,会使声纳出现很异常的局外数据,从而使诸如多普勒计程仪、多普勒分层流速测量仪、三维前视声纳、地形匹配导航声纳、单/多波束测深仪以及多波束鱼探仪等声纳的性能下降。如果三维声纳采用软件声纳的结构,就可以方便地实现动态波束稳定,从而使声纳的测量精度得到提高。对软件声纳、波束稳定的原理与实现途径作了分析。分析表明:若能实时地得到声纳载体的航向角、纵倾角和横摇角,并且能动态地改变波束的方向,就可以随时随刻地稳定声纳的波束。     

河流截面流量与速度水位关系的拟合研究

基于声学多普勒流速剖面仪测得的不同水位河流截面的平均流速,研究了走航式宽带声学多普勒流量测量系统中,流量与速度水位关系的拟合表达式。采用窄深矩形截面和梯形截面流速分布模型,结合声学多普勒流速剖面仪求得不同水位下的平均流速值,在MATLAB平台下,对两种不同截面中流量与速度水位关系进行了拟合,并求得均方根误差检验拟合的精度。仿真结果表明:通过走航式宽带声学多普勒流量测量算法求得的河流截面流量,与由流速分布模型求得的流量真值间的误差,满足单次流量测验允许的误差要求,表明给出的流量与速度水位关系拟合公式能够较好地表现河流截面的流量变化趋势。对于天然明渠流量推算具有重要的参考价值。     

对向测量皮托管的国际比对

为验证现场烟道流量测量使用的对向测量S型皮托管、球形三维皮托管和棱形三维皮托管校准系数的一致性,中国计量科学研究院(NIM)主导开展了包括美国国家标准与技术研究院(NIST)和韩国标准科学研究院(KRISS)参加的皮托管校准比对。比对结果表明:S型皮托管在不同实验室间比对结果吻合度相对较差,不适合作为比对标准器;球形三维皮托管在不同实验室间比对结果吻合度高于棱形三维皮托管,流速校准系数差异对测量轴向流速的影响高于偏航角参考位置偏差与俯仰角校准系数差异造成的影响;皮托管的偏航角参考位置偏差和俯仰角校准系数差异造成的轴向流速差异在0.03%~0.9%,由于流速校准系数差异造成的轴向流速差异在1.9%~12.2%。     

An improved two-point calibration method for stereo vision with rotating cameras in large FOV

At present, binocular stereo vision is gradually being applied for 3D coordinate measurements in large fields of view (FOVs). In this study, a binocular stereo vision system with fixed and non-zooming cameras in a large FOV is constructed, in which cameras can rotate horizontally and vertically. All intrinsic parameters except the focal length of the cameras are set to default values and these focal lengths are calibrated offline in advance. Only the pitch angle and yaw angle of each camera need to be obtained during rotation. Therefore, we present a novel calibration method by using two control points and transform the imaging model of the pitch and yaw angles into a quadratic equation of the tangent value of the pitch angle so that the closed-form solutions of the pitch and yaw angles can be obtained. Computer simulation and real experiments demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

基于图像处理的声相云图评价方法研究

基于图像处理,提出了声相云图评价方法,用于评价声相仪的声源定位误差。分析了声相仪的成像原理,提出将方位角误差和俯仰角误差作为声相云图声源定位误差的评价指标。利用差影法提取声相云图的声源定位成像区域,并经过灰度二值化、腐蚀膨胀和加权平均之后,计算出成像区域中心的像素坐标。在声相仪不同抓拍距离平面内,通过图像标定得到成像区域中心在实际物理空间上的位置坐标,将其与所定位的声源实际位置坐标相比较,计算得到方位角误差和俯仰角误差。实验结果表明,该方法所得方位角和俯仰角与声源实际位置坐标计算所得到的真实值相比,两者差异较小,能够客观地对声相仪的声源定位误差进行评价,且操作简单。     

超短基线声学定位系统的校准技术研究

超短基线声学定位系统的应用开发和技术研究在现代海洋科学调查中起着重要作用。在安装超短基线定位系统进行水下声学定位测量过程中,很难保证换能器中心与测量船重心之间三坐标轴完全重合,即存在系统偏差,这些是导致超短基线系统定位误差的一个重要原因,必须对其进行校准。将GPS与水下声学定位系统有效结合起来,应用空间测距交会的方法确定水下应答器坐标位置,通过不同坐标系之间的转换关系,精确求出换能器与测量船之间的系统偏差,完成声学定位系统的安装校准。现场实例表明,该校准方法简单、快捷、有效。     

A novel laser Doppler velocimeter

The idea of using a reference-beam laser Doppler velocimeter (LDV) to measure the velocity of a vehicle for an inertial navigation system is proposed. In order to reduce the measurement error produced by the vehicle's jolt, a novel laser Doppler velocimeter (LDV) based on the Janus configuration is presented. The system mounted at the bottom of the vehicle is composed of two single reference-beam subsystems, one of the laser probes looks forward and the other looks backward. Each of the subsystems transmits a laser at 532?nm with the same inclination angle and detects its own Doppler frequency from the scattered light. The pitch angle of the vehicle is calculated by the two detected Doppler frequencies and the inclination angle, and then the measured velocity of the vehicle is compensated. The results of the theory analysis and experiments show that the vehicle's jolt affects conventional reference-beam LDV strongly. LDV with a Janus configuration is insensitive to the inclination angle, and its measurement accuracy is much better than that of a conventional reference-beam LDV. Comparing with the DZL-1 electronic speedometer, the measurement mean error is less than 0.9%, so it is suitable to offer the parameter of velocity for a vehicle self-contained inertial navigation system.     

船载水声定位系统自动校准技术研究

在分析常规水声定位系统校准方法的基础上,结合某型船载水声定位系统的工程研制,提出了一种自动校准方法。该方法无需常规的动态或静态校准,可在每次系统安装完成后自动检测及校准。利用基阵中心位置的发射换能器以及船只固定连接杆入水端的发射换能器依次发射校准声信号,将获得的水声定位坐标与上述两个发射换能器固定对应的全球定位系统(Global Positioning System, GPS)天线坐标进行平移和偏转,获得偏移参数矩阵,实现系统校准。某水域的跑船试验验证结果表明,利用该自动校准方法可在两分钟内完成全部自检及校准工作,并且水声定位轨迹与跑船GPS轨迹重合较好,具有校准效率高、测量精度高等优点。     

水下目标定位标校系统研究

为了给出水下目标的精确大地坐标,设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统,具有灵活方便的优点。研究了影响系统定位误差的相关因素,并分析了系统综合定位精度,编写了标校系统显控软件,将差分GPS数据和方位姿态数据进行数据处理,解算出水下基准位置坐标。对标校系统进行了陆上验证试验,结果表明作为模拟目标的水下位置基准定位误差小于1m,可为水声定位系统提供海上定位校验的位置标准。     

计量型激光椭偏仪初始入射角校准方法的研究

为保证计量型激光椭偏仪测量结果的准确性,研究了一种初始入射角校准方法,通过线性位移台带动CCD相机进行一维运动,其运动轴作为空间线性辅助参考量,实现了椭偏仪的入射激光光轴与自准直仪光轴的90°校准。结果表明:采用该方法校准计量型激光椭偏仪的初始入射角,光轴俯仰角偏差＜0.05°,偏摆角偏差＜0.09°;校准后,对标称值为102.10nm的Si上SiO₂膜厚标准片进行测量,示值误差＜0.4nm,提升了计量型激光椭偏仪测量校准服务的准确性。     

Velocity measurement by vibro-acoustic Doppler

We describe the theoretical principles of a new Doppler method, which uses the acoustic response of a moving object to a highly localized dynamic radiation force of the ultrasound field to calculate the velocity of the moving object according to Doppler frequency shift. This method, named vibro-acoustic Doppler (VAD), employs two ultrasound beams separated by a slight frequency difference, Δf, transmitting in an X-focal configuration. Both ultrasound beams experience a frequency shift because of the moving objects and their interaction at the joint focal zone produces an acoustic frequency shift occurring around the low-frequency (Δf) acoustic emission signal. The acoustic emission field resulting from the vibration of the moving object is detected and used to calculate its velocity. We report the formula that describes the relation between Doppler frequency shift of the emitted acoustic field and the velocity of the moving object. To verify the theory, we used a string phantom. We also tested our method by measuring fluid velocity in a tube. The results show that the error calculated for both string and fluid velocities is less than 9.1%. Our theory shows that in the worst case, the error is 0.54% for a 25° angle variation for the VAD method compared with an error of -82.6% for a 25° angle variation for a conventional continuous wave Doppler method. An advantage of this method is that, unlike conventional Doppler, it is not sensitive to angles between the ultrasound beams and direction of motion.