基于MLE算法的海上角度交会测量方法及其精度分析

针对我国现有测量船单站REA测量体制精度相对较低的问题,提出了基于光电经纬仪的海上角度交会测量方法。介绍了角度交会测量原理和设备布站原则,构建了AE-AE异面交会测量系统,设计了基于MLE(Maximum Likelihood Estimation)算法的海上角度交会测量算法和船摇修正方法,仿真分析了船体姿态测量误差、设备测角误差以及站址定位误差等的影响。仿真结果表明,站址测量误差是海上角度交会测量的最主要误差源,船体姿态测量误差和设备测角误差对海上角度交会测量精度有一定的影响,当船体水平姿态测量误差优于20″、航向测量误差优于30″、设备测角误差优于20″、站址测量误差优于1 m时,海上角度交会测量精度可达1 m。该法解决了动态条件下的飞行目标高精度测量技术难题,为后续工程设计奠定了基础。     

光电经纬仪轴系误差仿真计算的新方法

轴系是决定光电经纬仪测量精度的关键组件,过去常将球面三角学方法做某些简化后来推导轴系误差引起的光电经纬仪测量误差,存在适用局限性。根据光电经纬仪的测量坐标系,采用坐标变换方法,将轴系误差出现的过程看作坐标系的旋转过程,并用旋转矩阵来表示各个轴系误差,最终建立了轴系误差引起测量误差的数学模型。采用MATLAB与VB混合编程的方法对该误差模型进行了仿真分析,通过比较仿真结果与单项误差法计算的结果,验证了该轴系误差模型的正确性,为光电经纬仪的精度分析和误差修正提供了参考。     

基于光电经纬仪交会测量提高GPS精度的研究

针对单频C/A码GPS接收机精度不高的问题,提出一种基于光电经纬仪双站交会测量提高GPS精度的方法。在直角发射坐标系中,利用光电经纬仪测量得到目标的方位角与俯仰角,通过双站交会测量中常用的"水平投影法-L公式"计算飞行物的轨迹,与飞行物实际轨迹对比,求得双站交会测量的误差。GPS和光电经纬仪测量同一目标,将两种方法的测量结果对比,以交会测量精度作为GPS的测量基准,与GPS提供的坐标相比对,求得GPS的测量误差。GPS测量其他位置坐标时,测量结果去除求得的测量误差,得到更精确的坐标。     

光电经纬仪数据交会误差分析

在多台经纬仪交会测量过程中,为提高数据可靠性和精度,根据异面交会算法原理提出了空间定位精度及其误差的模型,根据误差传播理论说明了交会精度和交会角的关系。数学仿真和实际应用结果表明,在理想交会角区间内等精度和不等精度交会均可采用以提高数据稳定性;而在非理想交会角区间内最好采用等精度交会以提高数据精度。     

异面交会在弹道测量中的应用

综合利用两台光电经纬仪（EOMS）、GPS引导系统、全站仪（TPS110）等现有设备,设计了安全、可靠的弹道跟踪、测量方案,利用异面交会算法,对测量的弹道数据进行处理,取得了预期的结果。     

光电经纬仪数字化模型的建立方法及其应用

分析了现在光电经纬仪的研发和检测过程,指出了其不足.基于此本文提出将光电经纬仪划分为有机关联的多个单学科系统模型,通过对几种建模工具的功能的分析,在集成仿真环境中建立其统一的数字化模型,利用模型功能来指导实际光电经纬仪的设计开发和评价其性能指标的方法.初步确定了光电经纬仪系统建模的仿真开发环境和具体的建模仿真的实现方法,实现在设计阶段对光电经纬仪性能的分析评价和工作过程的模拟,对误差的仿真检测实际样机的设计精度指标是否符合要求,为光电经纬仪的误差分析、研制过程提供了理论参考.     

基于鱼群算法的机载光电平台误差分配方法

由于传统误差分配方法效率低,依赖经验反复试凑,难以满足高精度分配的需要。根据机载光电平台目标测量的特点,构建了由大地地理坐标系到光电平台成像系统坐标系的目标测量数学模型,讨论了转换过程中影响精度的主要因素,确定了待分配的目标测量主要误差源,建立了基于蒙特卡罗统计方法的目标测量误差模型。通过将考虑方向性的目标测量误差分配问题转化为无约束的优化问题,运用鱼群算法对满足测量误差总要求的误差源分配方案进行寻优。计算结果表明,本文提出的误差分配方法有效可行,对机载光电平台误差分配具有一定的参考价值。     

基于方向余弦的交会方法

在多台光电经纬仪组成的测量网络中,为了快速得 到目标的空间位置信息,提出了一种基于方向余弦的交会方法。本文方法根据光电经纬仪实 时跟踪被测目标时的几何关系,利用光电经纬仪的站点位置和实时获得的测角信息,对每台 光电经纬仪都构建两个方向余弦,利用加权算法实时估计出被测目标的空间三维坐标。试验 结果表明,对于近距离的空间目标,与雷达的测量数据相比,本文方法得到的目标位置数据 平滑、无波动,二者的定位误差均小于0.5m,能满足目标高精度的 定位要求。     

双基地制导雷达目标定位的分坐标融合算法

提出了一种用于研究双基地制导雷达目标定位的分坐标参数航迹融合算法。通过利用观 测到的距离和以及角度序列分别建立参数航迹模型间接得到了目标位置序列,有效提高了 目标定位精度。理论分析与仿真结果表明,该方法比简化加权最小二乘算法更具优越性。     

经纬仪静态测角精度分析

现代光电经纬仪具有实时测量、高精度、自动跟踪监控和易于图像再现等优点,广泛应用于航空、航天、武器试验等科研和军事领域。它的测量精度直接关系到测量结果和试飞结论的准确性,而测角精度又是光电经纬仪中一项最重要的指标。根据光电经纬仪的工作状态,其测量误差又可以分为静态误差和动态误差。通常在设备的总误差中,静态误差占据主要部分,因而是目前研究的重点。本文针对经纬仪室内测角精度检测进行分析,对影响测角精度的各种因素分别进行探讨,并给出基于EXCEL的经纬仪静态测角误差修正表。     

拍星残差数据相关性分析的大气折光差修正

靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响,俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差,导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大,且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此,提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型,利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据,采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后,光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低,且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数,即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正,修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素,具有较强的工程应用价值。     

光电经纬仪动态误差修正方法

针对光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度低的问题,提出了一种通过修正各分系统之间延时时间从而提高动态测量精度的方法。首先介绍了光电经纬仪红外相机测量系统的组成和测量原理,分析了大地坐标系下物像空间的对应关系,指出了影响光电经纬仪红外相机测量系统的原因是相机内方位元素的准确性和光学畸变校正效果。分析了影响光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度的原因,提出了采用各分系统根据工作参数采用不同延时时间的误差修正方法。实验结果验证了该方法的正确性和准确性,标定结果与精度比对实验结果表明,经过动态测角修正的方位角与高低角测角误差均方根值分别由27.89与17.67提高到10.07与8.56,该方法有效地提高了动态测量精度,并且对其他光电测量设备具有参考价值。     

非正交轴系激光经纬仪测量技术研究

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛。为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统。首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型。然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标。最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性。结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量。     

极限学习机方法在经纬仪空间配准中的应用

针对光电经纬仪测量中多传感器的空间配准问题,提出了一种基于极限学习机（ELM）的空间配准建模方法。首先介绍了ELM算法和ELM空间配准模型的建立步骤,然后使用星体测量数据建立ELM空间配准模型,最后将该模型与单项差修正模型、球谐函数修正模型进行了对比验证。实验结果表明:ELM空间配准模型可以使光电经纬仪的测量精度从17左右提高到1以内,与单项差修正模型、球谐函数修正模型相比精度提高35%以上。由此可见,与单项差修正模型和球谐函数修正模型相比,采用ELM算法所建立的光电经纬仪空间配准模型具有更高的精度和更强的泛化能力。     

大范围海域多站纯方位定位精度分布特性估计

针对大范围海域被动定位精度分布特性认识不足、制约测量系统优化设计的问题,提出一种基于多站纯方位定位体制的全区域精度特性估计方法,将定位求解、精度分析与布站优化集成考虑,采用非线性最小二乘法建立定位模型,应用Monte-Carlo方法建立随机误差传播算法,通过大样本、网格化仿真模拟得到全区域定位均方根误差(RMSE)分布。通过仿真验证,模型具有快速收敛特性,能够对测量元素变化产生合理响应,对于在30km×20km测量海区内采用5阵元星形布站、单站测向误差为2°~5°的场景,全区域RMSE中值达到1km精度水平。应用该方法能给出到全区域精度差异的细节特征,进而支持不同布站几何条件下的定位性能比对。仿真算例表明,在5阵元限定下,采用五边形布站能够获取比星形布站、矩形布站、梯形布站更优的精度分布,使区域内RMSE中值降低0.1km,同时高精度覆盖区明显扩大。该方法可为测量系统论证中的精度分析及布站优化设计提供技术途径。      

基于恒星测量的船载雷达轴系误差修正参数动态标定

提出了一种动态条件下通过船载经纬仪和雷达标校电视联合测恒星,标定雷达轴系误差修正参数的数学方法,从理论上推导了相关的模型。在此基础上,通过实测数据进行了试算分析。分析结果表明:利用动态标定方法给出的船载无线电雷达轴系误差修正参数吸收了经纬仪光轴和雷达光轴之间的偏差,有效提高了雷达测角精度。     

变焦对光学经纬仪测角精度的影响分析

阐述了光学经纬仪的调焦系统的组成及结构原理,采用模拟脱靶量和高低角的变化,仿真了方位角和高低角的测角误差,给出了变焦对测角精度的影响的规律,为经纬仪研制单位提供了经验借鉴,为光学经纬仪的靶场验收提供了依据.     

光束质量稳健估计非线性拟合求解方法

激光光束质量M2因子在测量过程中,数据不可避免的存在随机和非随机两类误差,为了减小测量过程中受到误差的影响以提高系统的测量精度和稳定性,针对不同误差影响进行分析并提出相应的解决方法。在随机误差情况下,对传统双曲线拟合的正规方程组解法进行了改进并提出了加权拟合的正规方程组解法;而对于非随机误差情况,双曲线拟合尚未发现有效的解决方案,为此提出了基于稳健估计的双曲线拟合方法,并对此进行了深入的理论研究。实验表明,在数据存在非随机的情况下采用稳健估计的方法,可以克服非随机误差对参数估值产生的影响,使其拟合优度接近最优值,稳健估计的误差要比正规方程组的误差低一个数量级。因此,稳健估计可有效地提高测量M2因子的测量精度,对评价光束质量方面有着重要的应用价值。