转台误差对数字天顶仪轴系误差的影响

针对数字天顶仪在定位过程中存在的的轴系偏差,研究了如何对光轴与旋转轴、旋转轴与垂直轴之间的角度偏差进行补偿的方法。为了高精度地解算出测站点位置垂直轴的天文坐标,采用对称位置的两幅星图直接解算旋转轴的坐标,从而避免了光轴与旋转轴之间的补偿。采用双轴倾角仪测量倾角,并对旋转轴进行倾角补偿得出垂直轴的位置坐标。考虑进行轴系补偿时,转台误差会对旋转轴坐标和倾角补偿造成影响,分别研究了转台误差对于旋转轴以及倾角补偿的影响,并得出了转台误差的范围。实验结果表明:当测站点纬度的绝对值小于或等于88.3°时,转台误差必须小于或等于35″;当测站点纬度的绝对值大于88.3°时,转台误差值要小于|1 166.8cosδ|″。在对称位置解算测站点位置坐标时,必须提高转台的精度,以减小转台误差对于定位精度的影响。     

基于C8051F005单片机和MEMS加速度传感器ADXL311的倾角仪

提出了一种基于C8051F005单片机和ADXL311双轴加速度传感器的数字式倾角仪的设计方法,并介绍了其软硬件的实现。该倾角仪的工作原理是依次在0°、90°、180°3个不同位置,由C8051F005单片机A/D转换进行定标,然后将处理后的数据送外部设备显示。该倾角仪首次使用需先进行标定,改善因在不同工作环境下所产生的角度误差,与传统的倾角仪相比具有很高的灵敏度,满足各种不同场合下测量精度的要求。     

数字倾角仪的非线性补偿及抗干扰技术

针对某高架平台对倾角仪测量精度高、数据传输距离长、抗干扰能力强的使用要求,研究了Accustar串行式倾角仪的传感器特性、硬件连接和数据采集方式。通过实验标定获取数据对倾角仪非线性误差进行了软件补偿,并为长线传输设计了隔离驱动电路。实际应用证明:补偿后倾角仪非线性误差从0.9%下降到0.1%,平台在较强电磁干扰的环境下仍满足±0.05°的定位精度要求。     

基于SCA103T与ATmega8A数字倾角仪的设计与实现

针对倾角仪小型化、数字化与高精度的要求,文中设计了以加速度传感器SCA103T和AVR单片机ATmega8A为核心的数字倾角仪,并阐述了其软硬件实现。硬件设计着重考虑了其数字接口以及抗干扰能力;软件设计主要说明了ATmega8A与上位机间串行通信、与SCA103T间SPI通信及数字滤波方法的实现。最后进行了非线性误差标定与补偿,并对温度补偿进行了说明。实验结果表明,该倾角仪精度可达0.02°,输出频率可达30 Hz,通信稳定,测量重复性高,满足实际需求。     

用于倾角仪的加速度计偏值误差补偿技术

基于加速度计的倾角测量方法是大部分倾角仪所采用的基本原理,对其零位偏值引起测量误差的补偿方法却研究较少.文中通过分析加速度计的结构和倾角测量原理,引入了摆放角的概念,并对摆放角对加速度计零位偏值的影响进行了分析,给出了零位偏值的在线补偿方法.针对分析结果,通过试验和数据分析论证了补偿效果.     

寻北仪基座倾角测量系统零位的一种动态标定方法研究

阐述了基于电解质型倾角传感器的寻北仪基座倾角测量系统的工作原理。为了得到基座准确的倾斜量,测量系统首先必须进行零位标定,即在基座倾角为零时,要确定系统的输出电压。考虑到系统的输出电压会受到温度、运输、振动、放置变形、传感器安装调校误差及电路电桥非严格对称等各种环境因素的影响,标定的零位并不是固定不变的。为了提高测量精度,设计了一套全新的动态标零方法,即在测量过程中,临时标定零位,从而消除系统误差的影响。     

双轴地磁传感器的参数标定与误差补偿

针对在双轴地磁传感器与卫星组合测量弹丸姿态的系统中双轴地磁传感器容易受外界误差因子干扰的问题,通过分析影响地磁传感器测量精度的误差因子,提出了一种参数标定和基于椭圆旋转的误差补偿算法。首先,假设双轴地磁传感器存在虚拟x轴,对传感器的误差因子进行建模,得到误差补偿模型;其次,对传感器双轴输出表达式中的参数进行标定;对双轴的测量值集合形成的椭圆进行旋转;最后,计算误差补偿模型中的6个参数。三轴无磁转台实验数据分析表明,该方法可以将双轴地磁传感器测量滚转角的误差精度控制在±2°之间,基本满足了弹丸姿态测量的要求。     

光电测量设备的实时调平补偿方案

为了使光电测量设备快速进入测量状态,减小因倾斜带来的测量误差,研究了一种光电测量设备实时调平补偿方案。根据光学成像理论,推导了物高、物距、像高、像距等参数之间的换算关系。然后根据倾斜特性建立了物体或成像系统倾斜时的实时调平补偿数学模型。利用数学模型确定的补偿算法和水平倾角仪测量的角度值,可对测量设备在一定倾角范围内倾斜时进行实时调平补偿。对此补偿算法进行了实验验证。实验结果表明,测量设备在水平倾角α为0.26°,β为1.197°的情况下,经过实时调平补偿后可将系统的测量误差由-0.17615%优化到-0.07787%,使光电测量设备可在倾斜的情况下保证测量精度。     

双轴倾角传感器耦合干扰的补偿

采用电解液双轴倾角传感器进行倾角测量.针对双轴倾角传感器测量角度时引起的耦合干扰,采用了通过查询表的双线性插值和多传感器融合相结合的补偿方法.理论分析和仿真计算表明,采用此方法补偿之后得到的均方差最大为0.1300,而没有补偿的结果最大的均方差为2.6094,表明这种方法是有效的.     

激光跟踪仪测角误差补偿

由于激光跟踪仪的角度测量精度直接影响仪器的测量精度,本文提出了用自准直仪结合多面棱体对跟踪仪金属圆光栅测角误差进行离散标定的方法。研究了基于谐波分析的误差补偿方法,取金属柱面圆光栅测角误差中幅值较大且相位基本不变的谐波分量建立了补偿模型,避免了最小二乘法不收敛的问题。分析了标定测角误差的不确定度,结果显示：水平测角精度补偿前后分别为1.60"和0.90",俯仰测角精度补偿前后分别为4.89"和0.91",精度分别提高了44%和81%,从角秒级提高到了亚角秒级。结果表明,提出的方法可为激光跟踪仪水平和俯仰轴系提供测角误差补偿,对类似测角系统的误差补偿也有参考价值。     

改进的精密测角法标定面阵摄像机参数

改进了用于标定线阵摄像机的传统精密测角算法,标定用于面阵摄像机的参数。该算法利用两束平行光之间的夹角和投影在摄像机上图像点之间的对应关系,在给定一个预测摄像机主点的基础上计算它和实际主点之间的偏差以及摄像机焦距。分析了图像特征提取误差对于平行光夹角测量精度的影响,并给出一种基于平行光夹角误差最小的最优估计,从而进一步提高摄像机内部参数的标定精度。通过仿真实验分析了图像特征提取精度和平行光夹角测量精度对摄像机参数标定精度的影响。结果显示,当图像特征提取精度为0.1pixel,二维转台精度为0.5″时,主点标定精度可以达到0.56pixel,焦距标定精度可以达到0.06mm。利用精度为0.5″的二维转台对摄像机参数进行了实际标定,通过分析像点和标定结果所计算的平行光夹角和实际测量的平行光夹角的误差,可知本文算法的误差是经典精密测角法的68.6%,由此证明该算法对于面阵摄像机参数标定具有更好的结果。     

基于像素级偏振相机的超像素校正

针对像素级偏振相机中偏振片单元由于刻划精度和透过率的差异导致偏振片阵列的非均匀性,提出了一种带有角度约束的最小二乘超像素校正方法。建立了带有角度约束的校正优化算法的数学模型,加入了超像素的标量增益和暗补偿参数。最后,搭建了以微偏振片为核心的积分球标定系统,进行了仿真实验和成像实验。结果表明:与最小二乘法相比,本文算法在有效地校正偏振度和非均匀性的同时也校正了超像素内振幅的非均匀性,重建角度的准确度提高了10%。经过插值处理后,边缘表现更为明显,有效减少了插值过程中所产生的噪声,提升了成像质量。     

Integrated calibration and magnetic disturbance compensation of three-axis magnetometers

Technological limitations in sensor manufacturing and unwanted magnetic fields will corrupt the measurements of three-axis magnetometers. An experiment with four different magnetic disturbance situations is designed, and the influence of hard-iron and soft-iron material is analyzed. The calibration method with magnetic disturbance parameters is proposed for calibration and magnetic disturbance compensation of three axis magnetometers. It is not necessary to compute pseudo-linear parameters, thus the integrated parameters are computed directly by solving nonlinear equations. To employ this method, a nonmagnetic rotation equipment, a CZM-3 proton magnetometer, a DM-050 three-axis magnetometer, two magnets and two steel tubes are used. Calibration performance is discussed in the four situations. Compared with several traditional calibration methods, experiment results show that the proposed method has better integrated compensation performance in all situations, and error is reduced by several orders of magnitude. After compensation, RMS error is reduced from 10797.962 nT to 15.309 nT when the big magnet and steel tube are deployed. It suggests an useful method for calibration and magnetic disturbance compensation of three-axis magnetometers.     

高精度倾角传感器在测量车载平台变形中的应用

为了分析车载平台变形对光电经纬仪测角误差的影响,提出了利用倾角传感器来测量车载平台变形的方法。基于平台变形对光电经纬仪测角误差的影响的基本原理,利用固定在垂直轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,计算其测量坐标系的变化量,推导出了倾角传感器输出值与测角误差的关系公式。选用双轴倾角传感器实时测量了经纬仪工作时车载平台的变形值,结果表明,车载平台变形量受方位方向速度影响较小,倾角传感器输出值经过滑动加权均值滤波处理后最小相差为0,最大相差为5.1″;受经纬仪视轴位置影响较大,高低角在0°～90°变化时,高低角越小,倾角传感器输出值越大。这种测量方法为进一步提高车载经纬仪的测角精度提供了理论依据。     

一种基于手眼视觉的并联机器人标定方法

提出了一种基于手眼视觉的并联机器人标定方法。基于环路增量法，建立了平面2-DOF冗余驱动并联机器人运动学误差与标定模型；设计了一种标定实验靶板，利用相机采集靶板图像并对其进行分割、识别、旋转补偿的处理，获取机构末端目标位置和实际位置的像素误差值；针对机构自身结构的限制，利用边界曲线识别特征角点，提出了一种基于特征角点确定检测点旋转角度的方法，在补偿相机旋转角度的基础上，再利用简化后的相机针孔模型，将像素误差值通过转换得到机构末端执行器的真实位置误差值；最后利用标定模型和通过视觉系统获取的误差值进行运动学标定。经过4次迭代，机构误差减小为原来的1/3，验证了该方法的可行性。同时该方法具有标定过程用时短、数据量小、实验成本低等优点。     

二维旋转平台下的相机参数标定

针对可旋转相机的参数标定问题,提出了一种基于二维旋转平台的相机成像模型。首先,通过一对坐标系的变换与逆变换,将相机的旋转平移变换关系转换为二维旋转平台纯旋转关系;然后,借助旋转平台读数以及相机到旋转平台的固定变换关系,实现相机内参的精确标定以及任意位置间相机外参的相互转换;最后,利用标定出的相机与旋转平台间变换矩阵实现不同位置相机参数的转换。相比于传统固定相机的标定方法,本文提出的方法标定获得的相机内参具有更好的收敛性,而且能够标定出相机到旋转平台的变换矩阵,从而实现相机坐标系变换参数的精确计算。实验结果表明,在标定模板图像数量相同时,与常用的张氏标定法相比,本文提出的方法标定获得的相机内参具有更快的收敛速度。棋盘格角点重投影坐标与实际拍摄图像中棋盘格角点坐标相对比,平均误差约为0.12pixel,表明该方法具有较高精度。     

星敏感器和遥感相机主光轴交联角的在轨检校

为了提高遥感影像产品的定位精度,研究了星敏感器主光轴和遥感相机主光轴交联角的在轨检校方法。利用高分辨率卫星遥感影像的严格成像模型,将改进的非直接求解模型引入到遥感相机安装误差的标定中,提出一种对遥感相机内外方位元素进行统一检校的方法,实现了星上姿态确定系统和遥感相机之间系统误差的精确补偿。对来自遥感卫星的整轨遥感图像进行处理,利用最优化模型确定遥感相机和星敏感器姿态关系矩阵,进而检校出交联角。最后,利用单像对地目标定位原理,对检校精度进行了验证。实验结果表明,校正后地面点经纬度方向平面位置RMS误差分别为9.31 m和9.28 m,显示通过内外方位元素统一检校,遥感图像的定位精度得到显著提高。     

标定模板与图像平面平行时的摄像机标定方法

在工业应用的机器视觉系统中,存在着较多的图像平面与标定模板平面平行的情况,针对这种情况,提出了一种新的简单而快速的标定方法。该方法仅需要一个取景器和一个平面标定模板,通过取景器可直接得到光轴中心坐标,同时也可计算出镜头的焦距;再利用平面标定模板上的特征点计算出摄像机模型的其他参数。实践证明,该方法无需预标定过程即可迅速、方便地对摄像机的内外参数进行标定,并且具有较好的精度。