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。     

利用GPS实现靶场非定点弹道外测的方法研究

本文提出了一种新的利用光电经纬仪进行靶场弹道外测的理论。随着我国导弹性能的不断提高,其飞行距离越来越远,并出现了多航向、多落点、多变航道的特点,面对这些新的飞行特性的弹道测量,将光电经纬仪安置在经事前大地测量后位置参数已知的固定站点上进行跟踪交汇测量的传统测量方法使得设备使用上不够灵活机动,针对这一问题,本文提出了利用GPS技术实现靶场光电经纬仪非固定点弹道外测的方法。文中论述了非固定点测量所面对的两个问题,针对性地提出了利用GPS实现光电经纬仪自主定位的方法和解决非固定点测量时测点方位基准不易统一的方法,最后通过交会解算方程的推导过程来验证本方法的可行的。     

非正交轴系“激光经纬仪”视准轴校正方法

非正交轴系“激光经纬仪”(简称非正交轴 系经纬仪)在长时间的使用过程中视准轴参数发生微小的变化将会严重影响 测量精度,因此有必要对视准轴的参数进行校正。本文提出了一种基于非正交 轴系经纬仪前 方交会原理的视准轴参数校正方法,首先利用交会约束建立关于视准轴参数的非线性方程 组,然后通过 解方程组得到校正后的参数。为了验证方法的正确性,使用SolidWorks建立模型并 结合OpenGL 进行了仿真计算,然后进行了相应的实验。结果表明,本文方法能有效校准视准轴参数, 且具有很高的 精度;用本文方法对视准轴进行校正后,非正交轴系经纬仪测量系统的测量精度没有受到 影响。由于本文 校正方法不需要借助其他辅助仪器且校正过程简单,故可以在测量现场对视准轴进行实时 校正,具有一定的实用性。     

高速列车动态位姿测量方法及校准技术研究

针对高速列车动态位姿测量中高速、大视场和高精度的测量需求,构建由两台高速相机组成的双目视觉测量系统,通过同步捕捉由大功率线激光瞬时光源构造的测量特征,实现对高速列车动态位姿的实时测量。提出基于非成像模型的相机校准方法,重构相机光学成像过程,构造三维空间成像光束和图像像点之间的一一对应关系,通过建立入射光束角度值与像点坐标的数学模型,实现大视场相机的高精度校准。基于光束平差原理,利用已知长度的基准尺实现双相机位置关系的快速精确校准。实验结果表明,采用上述方法可达到±5"的相机校准精度和±0.2mm的双相机校准精度,整个系统能达到±0.5mm的测量精度,为高速列车动态位姿的测量提供了一种全新有效的手段。     

车载光电经纬仪的测量误差修正

为了降低载车平台变形对经纬仪测角精度的影响,补偿较大变形产生的测角误差,实现活动站测量,分析了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的基本原理,利用一套激光自准直式的非接触测量装置测量出因平台变形而导致的经纬仪方位旋转轴线的倾斜角及倾斜方向,通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。该方法精度高、实时性强,能够补偿±0.7°范围内平台变形而带来的测角误差,测量装置误差在20″内。为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

基于空间长度约束的坐标控制场精度增强方法

为了实现大空间几何量测量的全局定向和精度控制,需要在空间内构建精密三维坐标控制场。目前,利用激光跟踪仪单站建立坐标控制场是最有效手段,但面对局部更高的测量精度需求,必须减小全局定向过程中的转站误差,增强区域的控制场精度。利用激光跟踪仪干涉测距精度高的特性,并用跟踪仪靶球座配合碳纤维杆现场构造多个空间长度基准(微米量级精度),长度基准可灵活布置于所需空间区域,作为约束加入到跟踪仪多站位对控制点的冗余测量过程当中,从而克服单站空间遮挡问题并优化跟踪仪测角误差,进一步提高所构建长度基准的控制点坐标精度,实现区域测量场的精度增强。实验结果表明,该方法可使全局定向精度在10 m测量范围内优于0.04 mm,进一步满足现场大空间几何量测量的高精度要求。     

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。     

分布式测量系统的分级几何约束定向方法

分布式测量系统借助辅助装置来构建几何约束条件以完成定向,而约束精度和数量易受到现场条件环境的制约。针对测量空间欠约束定向的问题,研究一种基于倾角传感的基准长度定向方法,该方法引入高精度的倾角传感器与测量单元结合,通过倾角传感的水平约束建立相对位姿定向模型并将系统定向过程进行分级处理,借助高精度的测角仪器提供内部角度约束,可以减少外部基准长度的约束条件个数。以室内空间测量定位系统作为实验平台,搭建组合系统样机,验证外部欠约束条件下的定向条件数目及分布对系统精度的影响。实验结果表明,所提方法在保证定向精度的同时,能够有效减少定向过程中所需的空间约束条件个数,并具有较好的稳定性,而且可以提高分布式测量系统的组网效率和复杂环境适应能力。     

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。     

红外跟踪测量系统动态精度偏置检测方法研究

利用动态精度靶标能够确定被检测光电经纬仪回转中心的空间位置。提出了动态精度偏置检测方法,实现对非中心红外跟踪系统动态角测量精度的检测,由于不需要在轴端镜头上加装分光镜组,不改变系统的转动惯量,提升了非中心系统的动态检测精度。对检测数据处理,验证了该方法的有效性,并在某型光电经纬仪检测中得到应用。     

多传感器光电经纬仪图像增强系统研究

多传感器光电经纬仪是靶场光电测量的重要设备,为了提高多传感器光电经纬仪图像可视化效果,提出了采用图像增强技术处理多传感器光电经纬仪图像。首先分析了靶场光测经纬仪的发展趋势,简要介绍了多传感器光电经纬仪的光学测量系统原理,分析了各波段光学系统的性能,然后给出图像增强系统方案,介绍了各种图像增强算法,最后提出了一种适合短波图像的等间距图像增强算法,并进行了仿真验证与分析。实验结果表明:采用图像增强技术处理多传感器光电经纬仪图像能有效提高图像可视化效果。     

提高CCD激光自准直测量系统精度的一种方法

为了提高经纬仪的测量和跟踪精度,采用了一种CCD激光自准直系统对光电经纬仪车载平台变形进行实时测量;对测量系统的精度进行了分析,其精度很大程度上取决于CCD图像传感器输出信号的精度;研究了影响CCD精度的各种因素,并对CCD图像进行消噪处理,结果表明CCD图像的质量明显提高,从而提高了CCD激光自准直系统的测量精度。     

基于光斑位置传感器的长导轨准直系统

为了检测长导轨的直线度,采用激光作为参考基准线,将2维光斑位置传感器作为光电转换器件。当固定在导轨滑块上的2维光斑位置传感器沿着导轨移动时,光斑的位置数据会通过蓝牙模块传输到终端上,输入位置信息之后,软件会自动绘制出导轨的2维直线度曲线。结果表明,计算出激光偏角带来的误差远小于1μm;通过高精度位移平台,实验验证了系统的精度可达到3.4μm;实际使用中,检测了7.2m的长导轨,取得了长导轨的直线度数据,重复精度可达5μm。这一结果对长导轨直线度测量的研究是有帮助的。     

光电经纬仪中激光测距发射系统设计

论述了在光电经纬仪上应用激光测距装置的重要性,即可实现单台经纬仪确定目标位置.介绍了激光测距的原理及测距方程,针对光电经纬仪中激光测距系统的结构特点,对测距分系统发射系统进行了设计,实现了各种复杂条件下的激光测距.     

激光经纬仪精确交会的实现方法研究

由于受经纬仪空间角 度分辨率的限制,随着测量空间、尺寸的增大,很难保证经纬仪“视准轴”精确瞄准目标点 ,从而会带来较大测量误差。为 了减小误差,基于激光经纬仪“视准轴”可视化条件,提出了一种激光经纬仪精确交会的实 现方法。首先,引导经纬仪围 绕目标点以最小步进角为间隔进行阵列扫描,通过图像采集和图像处理得到扫描点和目标点 的坐标位置关系;然后,通 过直线拟合、坐标计算,使经纬仪“视准轴”精确瞄准目标点;最后,实验验证了方法的可 行性。实验结果表明,本文方法 能够实现激光经纬仪的精确交会,可大幅减小系统的测量误差,同时可降低经纬仪的制造成 本。     

用于外形参数诊断的三维系统的设计与应用

首先分析了半导体光电位置敏感器件（PSD）的工作过程。利用连续发射的激光光源和半导体光电位置敏感器件，设计了一种三维非接触高精度的光学测量系统。该系统根据定位于被测量物体上直角坐标系的格线，生成该物体的外形，从而用于不规则三维体多种参数的测量和诊断。该系统使用了光学装置，特别适用于不规则形状尤其是边缘形状的图形的精确测量和探测，测量出的数据对于研究和诊断皮肤损伤的形态，特征和类型之间的关系等有很高的价值，应用前景非常广阔。     

光电经纬仪人工跟踪训练系统

为解决航空武器试验中人工跟踪难度大、成本高、有一定危险性等问题,设计了一套光电经纬仪人工跟踪训练系统。本文首先对训练系统自身的要求和特点进行了研究,提出了基本设计思想,重点分析了系统的体系结构,并介绍了使用的关键技术。最后介绍了该系统的硬件组成和软件功能。实际应用表明,该系统能有效地满足训练的要求。     

一种基于80C196单片机的光电经纬仪调光调焦系统的设计

由于被测目标在飞行时与光电经纬仪的相对位置实时发生变化,影响经纬仪成像质量。设计了一种以80C196单片机为控制核心的光电经纬仪调光调焦系统,可实现手动与自动调光调教功能,使经纬仪成像清晰。