基于时间双向解算融合的POS事后处理算法

位置姿态测量系统(position and orientation system,POS)的精度直接影响高分辨率对地观测中成像载荷的成像质量和测绘精度,但POS的传统事后处理方法严重依赖初始阶段的静态对准,限制了应用中系统的反应速度,同时也未能充分利用整段测量数据提高系统处理精度。针对这个问题,提出一种基于时间双向解算航迹融合的POS事后处理算法,在传统算法基础上增加了时间逆向解算结果,并利用"凸组合"最优融合原则将时间正向解算结果与时间逆向解算结果进行融合,提高了系统处理精度和应用中系统的反应速度。联合飞行实验表明,应用该方法后,POS测量精度优于传统的事后处理算法。     

一种改进的高精度POS时间同步方法

结合现有时间同步方法及高精度POS的应用需求,提出了一种以GPS接收机输出的1PPS秒脉冲为基准,采用数字参数反馈方式,对惯性测量单元的数据采集脉冲周期进行实时修正的高精度POS时间同步方法,并给出了一种简易的POS时间同步精度测试方法.然后结合光纤陀螺POS实际系统进行了时间同步精度测试和对比实验.结果表明,所提出的时间同步方法能够克服时钟漂移并修正时间信号传输延迟,在保证工作可靠性的同时实现了在融合点上数据的高精度同步.     

激光跟踪仪的光电瞄准与定位系统

考虑激光跟踪仪的光电瞄准与定位直接影响仪器的整体测量精度和使用性能,讨论了激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术并提出了光电探测瞄准、信号调理采集、数字处理及智能跟踪伺服的系统整体技术方案。对系统关键部件进行选型,利用角锥棱镜和位敏探测器(PSD)作为光电探测核心,设计了探测光路和信号处理电路。研制了系统样机,搭建了目标位移量标准测试平台,对样机光电瞄准系统探测信号进行了测试。测试结果显示:采用该设计方案设计的激光跟踪仪样机的静态定位测量精度达到6μm,随机动态跟踪测量速度大于1m/s。结果表明:提出的方法可解决激光跟踪仪定位精度低、动态跟踪效果差等常见问题,可为研制高精度、大范围、大尺寸测量仪器提供技术参考。     

高速高精度实时相位式激光测距系统

为解决工业现场测量对高速实时精密测距的需求,设计并搭建了一套高速高精度的激光测距系统。系统采用双测尺同时调制的激光光源以及双路信号同步探测的信号处理技术,提高了系统测量速度以满足高速测距的需求;分析验证了欠采样方法应用于的高频信号测鉴相的有效性,基于欠采样可有效降低了鉴相处理电路的复杂度。采用201 MHz+3 MHz的双测尺调制光源及40 MHz的采样频率,结合收发光学系统及信号解算电路,搭建了高速激光测距系统;进行了激光测距系统的测量速度和测量精度实验。实验结果表明,该测量系统的测量速度可达62次/s,测距精度可达±0.2mm。该系统具有高速高精度的实时测量性能,可用于高精度激光扫描仪、动态跟踪测量等高速测距系统。     

大尺寸自由曲面部件组合测量现场全局标定优化方法与应用

为了解决全局测量与局部精度控制的矛盾,为大尺寸复杂尺寸测量提供科学依据,研究了集成激光跟踪仪与光学扫描仪的组合测量及其全局标定。在扫描仪固定机构上建立了基坐标系,为激光跟踪仪提供了位姿观测基准。通过变换标定系统各组件的相对位姿以获取冗余观测数据,采用测量平差优化技术完成了扫描仪基坐标系与自身测量坐标系间的坐标转换关系的标定。此过程在测量之前完成,降低了对测量过程的干扰。利用激光跟踪仪实现了光学扫描仪的实时位姿监测,结合基坐标系标定结果实现了局部视角测量数据的统一转换。基坐标系的标定在测量之前完成,全局标定无需中介标定装置的辅助,减少了坐标转换环节并提高了测量精度与效率。对比实验表明,提出的全局标定与测量技术可有效地控制整体测量误差,能够满足飞机装配质量的在线检测需求。     

光束平差在激光跟踪仪系统精度评定中的应用

对自主研制的激光跟踪仪的精度评定进行研究,以期解决大尺寸空间坐标测量系统的空间坐标精度难于评定的问题.考虑现场环境条件、仪器状态和操作者技能等因素对测量精度影响都很大,提出了基于光束平差原理对激光跟踪仪系统进行精度评定的方法.通过Matlab软件对激光跟踪仪的精度评定进行了仿真,仿真结果显示光束平差法能客观地反映激光跟踪仪的测量精度.另外,使用Faro生产的激光跟踪仪进行了实物实验,实验结果显示其水平角精度σH为1.97″,垂直角精度σV为2.61″,测距精度σD为3.75×10-6,对比Faro生产的激光跟踪仪精度(σH =2.0″;σV =2.0″;σD=4 μm)可证明采用光束平差法评定自主研发的激光跟踪仪测量精度是正确、可行的.该方法为探索激光跟踪仪新的应用技术、开展面向对象的测量不确定评定奠定了基础.     

高精度非接触式激光测径仪设计与研究

针对电线、光纤等线缆在线快速实时检测精度不高的问题,设计实现了高精度非接触式激光测径仪。该测径仪采用"标准棒法"光学测量系统,以FPGA+ARM为控制器,采用呈90°夹角的激光器和CCD接收器方式以及分组处理数据的方法,来实现在线快速实时监测。测试结果表明,测径仪测量范围为0.1～15mm,示值误差不大于±3um,并且具有通过RS485通信接口在PC机上实现实时显示测量数据的功能。     

基于ArUco Marker 及稀疏光流的动态目标实时跟踪技术

文中提出了一种基于ArUco marker及稀疏光流的动态目标跟踪方法,将ArUco marker与稀疏光流相结合实现动态跟踪,并改善双目匹配的精度。在具体实施过程中,基于检测到的ArUco marker标记进行旋翼无人机的动态跟踪,同时利用双目视觉系统测量并计算ArUco marker在相机坐标系下的相对坐标;然后通过平面拟合得出目标的实时位姿;最后开展了无人机抓捕实验,验证了ArUco marker结合稀疏光流动态目标跟踪方法的有效性。     

可编程动态旋转靶标标定方法

动态旋转靶标可以给出检测光电测量设备跟踪精度和测量精度的空间角度真值,针对动态靶标的空间角度标定问题提出了基于线阵CCD标定和视频判读标定的方法。他们是建立在对动态靶标空间位置重复性进行统计的基础上,利用Excel等软件完成脱靶量数据处理。实验结果表明,所提出的方法能够消除由于曝光、扫描和转移等时间不同步问题引起的单点电视脱靶量误差,能够实现对动态靶标的标定。     

激光跟踪测量系统在飞机型面测量中的应用

最新一代激光跟踪仪AT901-LR具有测量精确度高、实时快速、动态测量、可快速扫描等特点.通过对激光跟踪仪测量系统功用及原理的分析,结合飞机装配工装的结构特点,重点对装配工装数字化安装工艺技术进行研究,摸索和总结了测量安装工艺方法的规律和特点,设计了型面测量的方案,为进一步深入研究和推广应用飞机数字化安装工艺技术打下良好的基础.     

TDR型液位自动监测系统的研究与应用

介绍了一种TDR型液位测量系统,系统推广了TDR(时域脉冲反射)技术,通过监测反射信号的变化,实现液面水位的动态监测.并对采集信号的实时预处理采用了小波滤波和冗余采样率法,提高了系统的在线测量精度.介绍了测距原理、系统构成、采样数据预处理方法.软件界面采用Dephi7高级语言编程,并通过基于Dephi调用Matlab的方法对采集数据进行处理.实验结果表明:系统具有较高的测量精度,可靠性高.     

桥门式起重机轨道检测系统

基于激光三角原理提出了一种用于桥门式起重机轨道检测的方法,并开发了适于此类轨道的检测系统。该系统主要包括轨道测量机器人、全站仪、三维重构计算系统。轨道测量机器人携带角隅棱镜沿轨道前进,全站仪实时追踪角隅棱镜的位置,根据记录数据重构出轨道顶面中心线的空间形状,进而计算出轨道的直线度,双轨平行度,轨道跨距等参数,以此为依据对轨道进行维修或者更换。该系统的测量精度可达±2mm,与原有检测方法相比,其检测效率提高约50％。     

激光跟踪测量技术在地铁检测中的应用

激光跟踪仪是一种高精度的工业测量仪器,它具有测量精度高、测量范围大、实时快速、动态测量、便于移动等优点.在现代制造业中,激光跟踪测量系统应用于大型结构件,可提高测量效率和精度.主要介绍激光跟踪系统的原理、优点及在地铁列车检测中的应用.     

基于PSD的激光跟踪测量控制系统研究

针对空间点坐标的测量问题,对激光跟踪仪、双站式经纬仪及多站式全站仪等坐标测量系统等方面进行了研究,对坐标测量原理进行了归纳,基于三角法设计了一种新型PSD激光跟踪测量系统,介绍了工作原理与实现流程,设计了应用于该测量系统的控制系统。工控机IPC、运动控制卡PCI-8134组成上位机控制系统,陀螺仪MPU6050采集角度信息、PSD处理器将数据放大、AD7606将模拟量转成数字量处理、射频模块NRF24L01发送和接收数据信息,配合嵌入式微处理器STM32进行了数据处理,共同组成了下位机数据采集系统。实验结果表明,该控制系统稳定可靠,基本满足大尺寸坐标测量的要求,并成功应用于激光跟踪测量系统。     

激光跟踪仪转镜倾斜误差的标定及修正

为了提高激光跟踪仪的测量精度,分析了跟踪仪的几何结构误差,重点研究了其转镜倾斜误差的标定和修正方法。利用矢量分析和坐标转换相结合的方法建立了跟踪仪转镜倾斜误差模型,推导出了跟踪仪几何空间坐标修正公式,并基于自准直仪、多面棱体和可调反射镜建立了高精度误差标定装置。利用标定装置分析了误差标定方法,通过系统仿真研究了转镜倾斜误差对系统测角误差及最终坐标测量误差的影响。利用误差标定实验检测出的系统转镜倾斜误差约为4″,将其带入坐标修正公式,并与修正前的坐标进行了比对分析。对比结果显示,经误差修正后系统空间坐标测量误差可减小约2×10-6,验证了转镜倾斜误差标定和误差修正方法的有效性,表明利用该方法可在不改变系统硬件结构的基础上提高测量系统的测量精度。     

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。     

物体空间动态测量方法的研究

在介绍激光跟踪仪(LTS)原理的基础上,研究了使用激光跟踪仪进行动态测量的方法,并通过相应的实验,对此进行了可行性验证,还对整个动态测量模块开发的框架结构以及动态测量系统定标与后续应用方向进行了探讨.     

一种基于位姿反馈的工业机器人定位补偿方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度,提出了一种基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法。该方法通过激光跟踪仪测量实时跟踪机器人末端靶标点的位置来监测机器人末端的位姿,并通过对靶标点的实际位置和理论位置进行匹配获得机器人末端的位姿偏差。工业机器人系统与激光跟踪测量系统通过局域网进行数据通信,并根据位姿偏差数据对机器人末端的位姿进行修正。最后通过实验对基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法进行验证,实验表明,经过位姿闭环反馈补偿后机器人末端位置误差最大幅度可以降低到0.05mm,姿态误差最大幅度可以降低到0.012°。     

新型飞秒激光跟踪仪中飞秒激光测距研究

飞秒激光频率梳的出现为研制新型飞秒激光跟踪仪提供了有利工具。为解决飞秒激光跟踪仪中高精度距离测量的问题,研究了飞秒激光光谱分辨干涉原理,使用钛蓝宝石飞秒激光器搭建实验系统对光谱分辨干涉进行实验验证,最后利用快速傅里叶变换方法对实验数据进行处理。实验结果表明:该测量方法可以实现精度为±5μm的距离测量,对新型飞秒激光跟踪仪中的测距研究具有指导意义。     

现场大空间测量中精密三维坐标控制网的建立

全局测量与精度控制是超大空间内精密测量的基础,决定着整体测量的性能和适用性。为提高整体空间测量精度,同时解决定向及尺度问题,必须在全局空间内布设高精度测量控制网。三维坐标测量作为几何量测量的重要代表,是建立控制网最直接且约束最强的控制条件。为建立大空间精密三维坐标控制网,采用激光跟踪仪多站位对空间全局控制点进行三维坐标测量,结合奇异值分解算法完成各站位的方位定向,并利用激光跟踪仪极高精度的测距值作为约束,对跟踪仪测角误差进行优化,进一步提高坐标控制网的精度。将该控制网建立方法应用于某飞机机翼表面形貌测量,实现激光跟踪仪全局控制与终端摄影测量的高效组合,以不同若干站位下全局控制点间距离比对结果表明该控制网对现场测量精度和可靠性的提高具有良好效果。