卫星激光测距系统皮秒准确度时延标定研究及应用EI北大核心CSCD

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)以脉冲激光为媒介获取卫星的精确距离,是空间大地测量技术中准确度最高的手段。在传统卫星激光测距系统中,通过测量已知距离的固定靶目标实现系统总时延的标定,对获取单向发射或接收时延的研究较少,这制约了卫星激光测距在激光时间比对、多台站协同测距及行星际激光测距等方面的应用。文中开展皮秒准确度时延标定方法的研究,首先,分析了卫星激光测距系统的时延组成及影响因素;其次,以中国科学院上海天文台卫星激光测距系统为平台,开展电学、光学和光电转换等时延的高精度测量,并将各部分时延组合完成收发时延的标定;最后,分析发射和接收时延标定的准确度,并将时延标定方法应用于地靶距离偏差的校验,验证时延标定方法的可行性。结果表明,发射和接收时延标定的准确度分别优于11 ps和13 ps,地靶距离偏差与国际激光测距组织(ILRS)反馈值相差仅11 ps。     

适用于激光跟踪仪转站的改进平差方法

激光跟踪仪的转站误差直接影响数据质量。最小二乘（LS）方法只考虑观测向量误差,加权总体最小二乘（WTLS）方法忽略转站模型的特点,两种算法均存在一些不足。针对激光跟踪仪坐标转换模型的特点,提出了结构约束总体最小二乘（SCTLS）方法。该方法能够顾及坐标观测值的相关性,提取误差矩阵的特殊结构,从而保证相同元素的改正数是一致的。同时对待估参数附加限制条件,保证旋转矩阵具有正交性。使用拉格朗日乘数法严密推导算法的求解步骤,给出了精度评定的公式。仿真结果显示SCTLS法的估计参数偏差小于WTLS法,准确性更高;采用合肥光源控制网中的实测数据计算,验证SCTLS法的精度更高。与LS和WTLS算法相比,所提算法更加严密,能够有效减小转站中的误差积累。     

基于球心拟合的多边激光跟踪系统自标定方法

随着大尺寸工件和设备的制造加工以及装配的精度要求提高,对工件加工装配过程进行测量的测量系统精度要求也有所提高。多边法激光跟踪三维坐标测量系统只利用距离测量数据解算空间点坐标,能够避免激光跟踪仪角度测量带来的误差。文中提出了一种通过在跟踪仪测头挂载夹具进行球心拟合来获取跟踪仪测量原点的方式进行系统自标定,并辅以移站的方式,可使用两台激光跟踪仪构建四站多边法激光跟踪三维坐标测量系统。另外,文中还尝试了三站系统的构建。实验证明,四站系统将对标称长度1000.943 mm位于约20 m处的标准尺长度测量误差由最大110 μm减小至28 μm,三站系统将对标称长度969.045 mm位于约7.5 m处的标准尺长度的测量误差由最大67 μm减小至21 μm,相较于单台跟踪仪提高了精度,相较于传统多边系统降低了测站数量和成本,能够在工业现场实现高精度三维坐标测量。     

激光半主动制导半实物仿真系统零位标定方法北大核心CSCD

基于漫反射屏的激光半主动制导半实物仿真系统由漫反射屏、激光目标特性模拟激光器、二自由度目标视线运动模拟反光镜、激光干扰特性模拟激光器、二自由度干扰视线运动模拟反光镜、三自由度导弹飞行姿态模拟转台、仿真计算机和仿真总控系统等组成,各分系统工程研制完成后,需要确定各分系统的安装位置和方向。本文主要总结了各分系统安装定位方法和零位标定方法,对类似系统的建设具有指导意义。     

一种三维激光雷达系统标定方法北大核心CSCD

为了解决无人化叉车在运行中对物料的尺寸及距离的高精度测量要求,设计了一个基于二维激光雷达和步进电机云台的长臂三维激光雷达系统,并重点研究了此系统的参数标定方法。针对现有标定方法存在忽略了激光中心和旋转轴中心的安装误差,特定点选取易造成较大标定误差等问题,通过建立激光雷达系统的数学模型,分析其内在联系,使用解耦合的方法分离待标定参数,并使用直线拟合的方法和双拟合平面重合的方法来标定未知系统参数。通过室内标定实验和叉车搭载测量实验进行验证,结果表明,标定参数准确可靠,测量误差不超过3%,满足无人化叉车作业的要求。     

结构光场光束直线跟踪的两步标定方法

为了实现结构光系统的三维重建,针对传统标定方 法结构复杂、标定过程繁琐等问题,提出一种基于光束直线跟踪 的两步标定方法。本文方法首先在前后两个平面上分别对投射侧模式上的每个检测点进行 标定,建立投射侧光线方程;然后在 前后两个平面上分别对平面上的每个目标点建立接收侧CCD的光线方程。在三维测量时,光 场中的一个点分别映射为投射 侧和接收侧前后平面上的两个点,连接前后平面上的两个点各得到一条空间直线,通过求解 两条空间直线的交点即可求得三 维空间点的坐标。分析了系统结构在标定时可能产生的误差,系统误差主要来自角度偏移和 水平偏移,并提出了误差解决方 案。实验结果表明,与传统的基于针孔模型的标定方法相比,本文方法无须考虑系统的成像 模型及其参数求解,简洁、高效。标定产生的景深相对误差小于0.2% ,能够改善结构光系统的几何标定精度。     

基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法

针对现代工业生产中大型装备的生产、制造和装配对于姿态精准测量提出的需求,提出了一种基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法。首先,阐述了姿态测量系统的组成,并对姿态测量系统中使用的坐标系进行定义;其次,建立了姿态测量数学模型,在此基础上利用加权最小二乘法对冗余角度信息进行数据融合,并采用蒙特卡洛法对融合方法进行了仿真分析;最后,搭建了姿态测量实验平台,利用精密二维转台对系统姿态角测量精度进行了评定。实验结果表明:在[?30°, 30°]角度范围内,测量距离为3 m时姿态角测量精度为0.28°,测量距离为8 m时姿态角测量精度为1.76°;与单目视觉法相比,姿态角测量精度在3 m时提升了6.7%,在8 m时提升了18.8%。文中提出的数据融合方法对姿态角测量精度的提升具有较好效果。     

一种利用激光跟踪仪标定线阵相机的方法

为提高线阵相机的标定的灵活性和准确度,研究了一种利用激光跟踪仪辅助标定线阵相机的内参数和外方位参数的方法。借助激光跟踪仪测量靶标上的标记点获得靶标的位置和姿态,根据交比不变性质和空间坐标变换计算成像特征点的三维坐标。引入成像畸变模型补偿成像过程中产生的畸变,提高像点位置精度。应用优化算法估计待标定参数的精确解。本文方法解除了对靶标移动方向和距离的严格限制,允许靶标自由移动,既提高了标定工作的便利性又保证了成像特征点三维坐标的精度。标定过程中,使靶标均匀覆盖整个视场空间,能够更准确地反映相机参数。通过计算机仿真和实验验证了标定方法的可行性和稳定性,实验得到成像特征点重投影像点位置偏差均方根为0.21pixel。     

激光跟踪测量系统大气折射率修正方法'

自行研制的激光跟踪测量系统使用激光干涉和绝对测距两种方法进行精密测距,激光测距精度受大气折射率补偿精度的直接影响.以修正后的Edlen公式为基础,将最小二乘方法引入大气折射率计算公式,提出了使用大气压力(Pa)、大气温度(℃)和大气相对湿度(%)为参量的低阶分段大气折射率修正公式,经误差分析,新公式的不确定度为士3.5...     

工业机器人的局部标定

以ABB公司的IRB120工业机器人和激光位移传感器组成的数据采集系统为研究对象,通过对实验系统底座平面上数据点的采集和处理,来标定机器人与激光位移传感器之间的齐次变化矩阵。以采集到的数据点在机器人坐标系中位于同一个平面上为标定原理,利用最小二乘法拟合平面方程,得到机器人需要标定的各个参数及平面参数。在最小二乘优化处理过程中,通过对不同优化结果的分析对比,最终得到最优解,并为以后该系统在数据采集中的应用提供依据。     

飞秒激光跟踪仪跟踪脱靶量零位标定方法

飞秒激光跟踪仪通过PSD探测脱靶量实现目标跟踪,脱靶量零位是跟踪激光指向反射靶球的中心时反射激光在PSD上输出的光斑位置,跟踪时以脱靶量零位作为基准计算目标脱靶量,因此如何准确标定脱靶量零位是仪器实现精确测量的前提。文中在分析角反射器特性的基础上,结合仪器自身特点提出了一种基于角反射器的飞秒激光跟踪仪跟踪脱靶量零位标定方法。分析了脱靶量零位误差对仪器指向精度的影响;建立了跟踪脱靶量标定误差模型;根据仪器结构设计和轴系几何误差对脱靶量零位标定方法进行了仿真,结果显示,其误差小于17.8 m,当目标距离仪器10 m时,仪器的指向误差小于1.1,该结果对系统误差补偿模型建立奠定了基础。最后,基于实际装置对仪器的脱靶量零位进行了标定,为后续仪器的动态测量提供了跟踪基准。     

利用光电经纬仪修正地基红外搜索跟踪系统静态误差的方法

为了提高红外搜索跟踪系统对目标的定位精度,提出了一种利用光电经纬仪修正地基红外搜索跟踪系统的静态误差方法。首先根据地基红外搜索跟踪系统的跟踪机架的三轴结构,分析了系统静态误差的主要来源,并得出了系统静态误差的数学模型;再使用高精度的光电经纬仪与红外搜索跟踪系统同时测量多个相同的远处固定目标,得到两组测量数据并输入误差模型,采用最小二乘法拟合出误差模型系数。根据误差模型系数计算出红外搜索跟踪系统的系统静态误差,再在观测数据中将系统静态误差减去,最终完成系统静态误差的修正。最后给出了对某型号红外搜索跟踪系统进行静态误差测量修正的实验结果。     

激光粒度中仪光能测量值的双参数补偿方法

提出激光粒度测试仪器中光能测量修正的双参数线性补偿方法，分析了比例参数和叠加参数对能量修正的作用。介绍了用最小二乘法求解补偿参数的原理，及双参数补偿实验测试结果。     

光纤激光相控阵光束扫描技术发展EI北大核心CSCD

光纤激光相控阵扫描技术是一种通过相位调制实现光束偏转的非机械式扫描技术,在激光加工、目标跟踪、自由空间光通信以及激光雷达等领域具有广泛的应用价值。文中概述了光纤激光相控阵光束扫描技术的基本原理和发展历程,重点阐述了光学相控阵动态扫描技术中的相位控制技术、空间扫描特征及性能提升方法,最后对光纤激光相控阵的发展趋势和应用前景进行了展望。     

基于24位置的MEMS惯性传感器快速标定方法

针对微惯性测量单元原始输出信息受零偏、标度因数、非正交误差等误差项干扰影响测量精度的问题,提出一种无需借助高精度转台的MEMS IMU快速原位标定方案。在分析MEMS惯性传感器输出特性的基础上建立传感器误差模型,利用六面体夹具设计IMU 24位置连续转停标定方案,以重力及各次旋转角度为参考信息完成传感器误差标定。针对加速度计零偏、标度因数、非正交误差9个参数构造标定模型,采用牛顿法估计误差参数最优值,考虑陀螺仪零偏与标度因数6个误差参数,利用最小二乘法计算误差参数最优估值。分别进行加速度计、陀螺标定补偿实验,实验结果表明,提出的MEMS IMU快速原位标定方法能快速得到传感器误差参数,提高了输出数据精度。     

超短脉冲激光测量的标定方法

在研究总结现有超短激光脉冲测量方法的基础上，对皮秒激光脉冲的测量及飞秒激光脉冲自相关二次谐波(SHG)的测量方法进行了统一的校正。实验中，利用迈克尔逊干涉光路的相对光程差，产生已知时间间隔，作为时间基准对皮秒、飞秒激光脉冲的测量进行了标定。     

SOJ压制和距离欺骗复合干扰下雷达网目标跟踪算法

针对远距离支援干扰(SOJ)压制和距离欺骗复合干扰下目标检测概率下降及虚假目标造成数据关联错误的问题,提出了基于等效量测的雷达网目标跟踪算法.首先,将各雷达得到的量测进行分组;然后,将同一部雷达对相同目标的角度量测进行数据压缩,并利用交叉定位的原理得到等效量测;最后,利用等效量测进行目标跟踪.算法关键在于利用最小二乘法...     

基于非视距误差直接估计的定位跟踪算法

在蜂窝无线定位中,由于非视距（non-line-of-sight, NLOS）误差是影响定位精度的主要因素之一,所以如何减轻NLOS误差影响成为当前无线定位研究的热点。本文针对NLOS环境下的定位跟踪问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter ,EKF)的定位跟踪算法。该算法首先在最小二乘准测下推导出估计测量值中NLOS误差的直接计算公式,然后使用约束加权最小二乘（constrained weighted least squares, CWLS）方法计算出每一个测量值中所含的NLOS误差,最后利用NLOS误差估计值去修正EKF滤波,以便适应NLOS环境下的定位跟踪,并获取高的定位精度。这种方式不依赖于特定的NLOS误差分布,也无需视距（line-of-sight, LOS）和非视距识别。数值结果表明该算法相比较于经典EKF算法和基于NLOS迭代的EKF算法可以快速有效地抑制定位误差,并且可以在极为恶劣的NLOS环境下满足FCC的定位要求。另外,复杂性实验表明该算法可适用于实时跟踪。      

等式约束FIR滤波器设计的投影最小二乘算法

本文考虑具有频域和时域等式约束的FIR滤波器设计问题,提出一个非常有效的新算法——投影最小二乘算法.该算法由两部分组成,前一部分产生一个解析的最小二乘解,后一部分将此解逐次投影到每个等式约束上.该算法有两个显著特点:一是目标函数的Hessian矩阵不要求正定;二是由于采用平方根因子分解来计算增广Hessian矩阵及投影算子矩阵,算法具有很好的数字稳定性.以此算法为核心构成了一个迭代算法,用于实现FIR Nyquist滤波器的minimax设计.设计例子表明了所提算法的有效性和数字稳定性.     

基于线激光和新型标定板的钢轨轮廓匹配方法北大核心CSCD

为解决钢轨轮廓检测中标定平面和激光平面不重合、钢轨轮廓难以动态匹配的问题,制作了一种阶梯型标定板,并提出基于Harris-SIFT和改进RANSAC算法的钢轨轮廓匹配方法。首先设计制作一种阶梯型钢轨轮廓标定板,能直接标定激光平面,避免了实际应用中标定平面与线激光平面不完全重合的问题。标定过程中采集最佳控制点,通过多项式变换和双线性插值进行图像校正,然后通过Harris-SIFT算法进行轮廓粗匹配,大大缩短了匹配时间,最后利用改进的随机抽样一致算法(RANSAC)进行轮廓误匹配滤除,实现了轮廓精匹配。实验结果表明,图像标定时,相对于棋盘格标定板,校正误差减小0.042 mm;轮廓匹配时,相对于传统轮廓匹配方法,改进后的轮廓匹配算法匹配运行时间快,正确率达100%。