空间目标姿态角测量计算方法研究

新型武器在靶场试验鉴定时,除了测量其空间X、Y、Z坐标外,还新增加测量其空间偏航角、俯仰角等姿态信息,这也对靶场试验数据处理提出了新要求.本文以靶场普遍使用的经纬仪为测量设备,提出了一种新的算法.该计算方法通过平面坐标系与三维坐标系转换、观察坐标系与世界坐标系转换,利用三维透视投影变换理论,推导出相应计算公式,并给出了单站计算目标姿态角的精度分析.该方法可以普遍应用于光学成像测量设备和电子成像测量设备的姿态角数据处理中,具有一定的独创性和先进性.     

双PSD实现长直导轨四自由度测量的新方法

介绍一种基于双二维PSD实现大长度宽范围直线导轨俯仰角、偏摆角以及空间二维直线度等四个自由度在线测量的新型方法,对其测量原理进行了分析和论证,并建立了求取长直导轨俯仰角、偏摆角的数学模型和基于激光空间偏角修正基础上的二维直线度的数学模型;讨论了影响测量过程的各种因素,提出了消除其影响所应采取的措施。该测量方法提高了长直导轨直线度的测量精度和效率。     

一种对空间突发性强闪光目标的测角方法

在空间发生的突发性强闪光事件,如低空随机发生的强烈爆炸等,具有很强的时间和位置的随机性,且持续时间短.提出了一种对空间突发性强闪光目标的光电测角方法.该方法可完成对强闪光目标中心位置的方位角和俯仰角的测量.介绍了该测角装置的基本构成和测角原理,对装置的关键部件也作了简单阐述.用该测角装置与经纬仪对太阳进行了测角对比试验,给出了其测量数据,分析了其测量精度.由于该装置采用变增益放大器和柱面形光电接收器,它具有对目标探测的动态范围大和实现对目标全方位测量等特点.     

光电经纬仪单站空间余弦及多站面面交汇的飞机姿态测量

本文对光电经纬仪测量飞机姿态的方法进行研究。首先介绍单站经纬仪在有距离信息时测量飞机姿态的方法,采用穷举的方法,获得飞机轴线上的特征点,利用空间的位置关系获得空间姿态参数。然后介绍多站经纬仪利用面面交汇的方法获得飞机飞行姿态;首先对二维平面图像采用Hough变换拟合算法获得目标中轴线,然后计算原点到目标的中轴线的垂直距离及原点到目标的中轴线的法线与X轴的夹角,获得目标在二维平面的直线方程,目标图像的二维中轴线与摄影系统的光学中心唯一确定了一个空间平面;采用面面交汇的方法,获得空间中轴线,可以得到飞机轴线的偏航角及俯仰角。实验结果表明,两种计算方法的结果误差偏航角为0.28%,俯仰角为1.1%。本文采用的数学模型正确、算法合理,有效的提取了飞机的姿态参数。     

摄影测量中圆形目标中心像点计算方法研究

空间圆圆心的像点位置计算是摄影测量系统开发的关键问题之一.透视投影变换把空间圆映射为像平面上的椭圆,而圆中心的像点往往并不是投影椭圆的几何中心.通过分析透视投影过程中的像点误差,提出了一种计算圆中心像点的方法.首先利用空间矩算子对目标投影轮廓进行亚像素边缘定位,接着以光心为顶点、理想的投影轮廓为准线建立椭圆锥,然后在该椭圆锥内构造与之具有投影关系的两个空间圆,并计算它们的法向及中心像点,最后根据标记目标的匹配关系来确定空间圆的平行圆,进而得到其法向以及中心像点位置.实验结果表明,该方法实现了圆形目标中心像点的精确定位,有效提高了三维坐标的重构精度.     

双PSD实现长直导轨四自由度测量的新方法

介绍基于双PSD实现大长度宽范围直线导轨俯仰角、偏摆角以及空间二维直线度等四个自由度在线测量的新型方法,对其测量原理进行了分析和验证,并建立求取长直导轨俯仰角、偏摆角的数学模型和基于激光空间偏角修正基础上的二维直线度的数学模型;讨论影响测量过程的各种因素,提出消除其影响所应采取的措施。     

运动目标的传感器网络模糊可测性研究

针对面向目标定位的不确定传感器网络,本文利用模糊n维几何方法对运动目标的传感器网络模糊可测性问题进行深入分析和探讨,给出了仅含有角度信息的被动传感器网络目标定位的模糊解析偏差表示方法,详细分析了在R3空间模糊线性观测轨迹情况下运动目标的模糊估计偏差和目标几何定位之间的关系,通过在固定时间间隔测量被动目标的模糊方位角、俯仰角以实现R3空间中被动目标的模糊坐标和运动速度的四维定位。最后通过仿真实验验证了该方法的合理性和有效性。     

基于高精度星敏感器的船载雷达海上精度鉴定

航天测量船海上航行时主要通过精度校飞进行雷达精度鉴定,针对其周期长、耗费大和组织协调困难的缺点,提出了一种采用高精度星敏感器与雷达捷联跟踪测量空间目标进行海上精度鉴定的方法。雷达在跟踪空间目标的同时,星敏感器实时拍摄天线指向附近星图。首先,星敏感器利用雷达输出的编码器角度计算视轴的初始指向,通过快速星图识别和目标定位获取天线地心坐标系精确指向;然后,经坐标变换到地平系,根据蒙气差模型修正地平系俯仰角,再经过船摇修正转换到甲板坐标系;最后,进行轴系误差及脱靶量修正,实现雷达指向精度鉴定。试验结果表明:利用该方法测量的船载雷达相对于星敏感器方位、俯仰随机残差优于50″,满足雷达精度鉴定要求,证明该方法的可行性。     

手提盘煤仪的动态俯仰角获取方法

手提盘煤仪盘点过程中俯仰角测量的准确性对盘点结果有重要影响,针对倾角仪在动态情况下,由于受到加速度影响使得测量俯仰角误差增大的缺陷,提出了一种利用盘煤仪测量的地面点云解算俯仰角的方法。本方法利用盘煤仪在俯仰变化情况下,激光扫描仪获得的水平地面点云在激光扫描仪局部坐标系中的形状特征,对每条激光扫描线中的地面点云进行最小二乘法直线拟合,将拟合直线的斜率进行反正切变换来获得动态情况下盘煤仪的俯仰角,并利用该俯仰角进行体积计算。实验结果表明,在静态情况下本文方法测量精度可达0.011°;在动态条件下,克服了倾角仪受加速度影响而测量误差大的缺陷;在实际体积盘点过程中,利用本文方法进行煤堆盘点,平均体积测量误差为0.8%。数据表明,本文方法相对倾角仪能更适合手提式盘煤仪动态条件下俯仰角测量,测量准确性优于倾角仪。     

基于旋量理论的被动式跟踪测量系统误差分析与补偿

被动式跟踪测量系统由一个二维旋转平台和一个径向伸缩机构组成,用于测量目标的空间坐标。伸缩机构的末端固定有一个标准球,该标准球被目标磁吸,其径向位移由直线光栅尺测量。二维转盘的旋转角度由两个各自的圆形光栅测量。分析了被动式跟踪测量系统的主要误差来源,基于旋量理论建立了误差模型。最后,利用三坐标测量检测误差模型的补偿效果。经过误差补偿后,被动式跟踪测量系统在450×450×200mm空间的最大测量误差降低到132.2μm。     

一种大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量方法

文中以一种大型齿轮为研究对象,提出了基于激光跟踪仪的测量齿距偏差和齿距累积偏差的相对测量法。与常规的测量方法相比,该方法扩大了大型齿轮齿距偏差和齿距累积偏差的测量范围。文中论述了相对测量法的原理,推导了齿距偏差和齿距累积偏差的计算模型,解决了大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量难题。该测量方法可以有效评估齿轮齿距偏差和齿距累积偏差,其测量系统精度可达到0.01 mm/m。     

基于视觉正交迭代法改进的激光跟踪姿态测量

针对航空航天、汽车船舶以及机器人应用等领域对姿态精准测量的需求,研究了一种基于视觉加权加速正交迭代 (WAOI)的激光跟踪姿态角测量方法。 首先阐述了测量系统组成、建立了数学测量模型,并分析了系统的主要误差源;其次 在正交迭代(OI)的基础上,通过物方重投影误差设置参考点权重系数,引入常系数矩阵整合迭代过程中的冗余计算,提出了 一种 WAOI 算法,并通过实验验证了算法的性能;最后搭建实验平台,利用精密二维转台对基于 WAOI 的姿态角测量进行精 度评定。 结果表明,在-20° ~ 20°角度范围内,3 ~ 15 m 测量范围内,方位角精度可达 0. 11°,俯仰角精度可达 0. 26°。 相较比 例正交投影迭代变化(POSIT) ,方位角和俯仰角测角精度均提升 75% 以上。 本文提出的 WAOI 算法有效提升了激光跟踪姿 态测量系统的精度。     

非最佳量针测量螺纹的定义中径

通过最佳和非最佳2组三针测量同一螺纹的中径,实现了对螺距、牙型半角都有误的螺纹的单一中径和中径的准确测量.介绍了不需要按传统的三针测量方法复杂地修正程序来求解修正值的新方法,并对该方法进行了不确定度分析.该方法简便易行,非常适合工厂加工过程中精密螺纹工件中径的精密测量和工厂计量室对螺纹塞规周期检定中的中径测量.     

The analysis of subdivision measurement based on sinusoidal magnetic field model

A new space subdivision algorithm for the application object like linear motor whose magnetic flux density of magnetic field is sinusoidal was proposed. Space sinusoidal and cosine signals can be obtained by two sensors whose distance equals a quarter of magnetic polar pitch. By continuously doubling the measured signals’ frequency by sinusoidal and cosine operation, a set of orthogonal signals were produced whose equivalent pole pitch equals half of previous signals’. Using an electronic comparator to detect zero crossings, quadrature binary pulses may in turn be obtained from the frequency doubled signals and high-speed, high-precision displacement measurement can be achieved. By analyzing the signal’s signal to noise ratio, subdivision multiples’ constraints when zero crossings detection is available can be obtained. Experimental results showed the effectiveness of this subdivision method.     

大视场远距离视觉测量系统的分步标定

为了克服工程大视场标定精度不高、标靶加工难度大以及现场操作繁琐的问题,本文基于工业近景摄影测量基本原理提出一种大视场多相机内、外参数的分步标定方法。首先,根据相机透视投影模型,在近距离采用小幅面标靶和角锥体法完成相机前截面内参数的解算;然后,在远距离被测空间内布置若干编码标志点,利用多片后方交会原理计算得到相机外参数;最后,对相机内、外参数进行整体光束平差优化,实现精确标定。为验证该方法的可行性和精度,进行了大视场视觉测量实验,测量结果表明本文标定方法的重投影误差小于0.08像素;外场试验实测10 m直升机旋翼总距角的相对误差小于0.1°。该方法可实现相机内参数标定实验室进行、外参数标定外场完成的操作分离。     

激光跟踪仪的双面互瞄定向

使用传统公共点定向方法很难在狭小、受限空间下完成对大尺寸测量仪器的定向,故本文提出了一种受限空间下球坐标测量系统的双面互瞄定向方法,并以激光跟踪仪为例进行了理论分析和实验验证。该方法结合激光跟踪仪的测量原理和使用特点,通过激光跟踪仪本体测头的运动特性构建几何约束,仅要求测量仪器之间相互可视,便可依靠较小公共视场完成仪器定向。阐述了该方法的数学建模过程,研究了定向优化算法,并在上海光源环形测量控制网建立过程中进行了相关实验验证。结果表明:该方法在仪器相距5m以内时,参考点转站误差优于0.12mm,定向旋转角误差不超过1.5″。与频繁转站的传统方法相比,可在保证精度的同时,极大地提高现场测量效率。该方法亦可推广应用于其它单站坐标测量系统。     

船载高精度星敏感器安装角的标定

星敏感器测量船体姿态精度与星敏感器与甲板之间的安装角标定精度密切相关。本文介绍了船载星敏感器的相关坐标系及安装角的定义,建立了船载星敏感器蒙气差修正模型,提出了一种船载高精度星敏感器安装角标定方法。船进坞坐墩时,船载经纬仪通过拍摄方位标确定航向,星敏感器通过星图识别获得视场内星点的赤经、赤纬,构成地心惯性系参考矢量,经岁差、章动、极移、船位等修正,得到各恒星在惯导地平系下的参考矢量。然后,根据蒙气差模型对星点逐个修正俯仰角,重构惯导地平系下的参考矢量。最后,依据姿态确定算法原理,解算星敏感器安装矩阵,求解安装角。实验表明,使用该方法可使方位角、俯仰角的标定精度达10"以内。该方法有效发挥了星敏感器指向精度高的优点,改善了程序自动化程度,提高了船体姿态测量精度。     

The optimum projection angle of fringe projection for ball grid array inspection based on reflectance analysis

A solder bump is regarded as a specular-dominant shiny component that distorts the height profile and causes poor repeatability during the bump height measurement. In this paper, we analyze the relationship between the projection angle and other factors based on the general reflectance mechanism of the specular surface. An optimum projection angle exists, such that can produce the best repeatability of the bump height measurement; therefore, we propose a convenient experimental system with a circular motion guide that can evaluate the optimum projection angle experimentally. The experimental results show that best repeatability is obtained with the optimum projection angle. The proposed method to find the optimum projection angle in this paper can therefore be applied to the many cases of measurement for ball grid array samples having specular-dominant shiny component.