经纬仪交会精度的定量预测

推导并建立了一系列的公式,用于定量预测两经纬仪的交会精度。给出了用于目标三维位置估计的基本多传感器三角交会法的公式,同时利用各个测量误差的泰勒展开式导出了误差传播等式。在测量误差中引入高斯分布,建立了测量误差标准差和目标位置估计标准差之间的关系式,给出了交会精度随各单项误差传播系数的变化曲线图。实验结果表明：目标的x、y坐标的估计误差不受站址坐标中z坐标误差的影响,也不受测量高低角的影响,站址坐标中z项误差直接转移到目标的z坐标估计误差中。交会角为90。时,交会精度受经纬仪单项差的影响最小,交会角在20～60°时的误差传播系数为0．079。目标（x,y）坐标的交会精度依赖于经纬仪站址的测量精度、方位角的测量精度、经纬仪和目标的距离测量精度及两经纬仪的交会角;目标z坐标的精度依赖于经纬仪到目标的水平投影距离、经纬仪z坐标的测量精度和传感器高低角测量精度。最后,给出了一套等式和图形用于设计一个两经纬仪系统,使之满足具体的精度要求。本预测方法已成功应用于实际项目中传感器的选型和光学系统的参考设计。     

基于方向余弦交会测量的误差分析

以2台光电经纬仪间的方向余弦交会方法为基础,结合误差传递规律,推导出目标空间位置的测量误差公式,分析包括交会角等因素对交会测量精度的影响。试验结果表明,当交会角在[30°,150°]时,坐标测量精度可显著提高,因而对实际工程应用中的光电经纬仪的布站有重要参考价值。     

光电经纬仪目标异面交会测量的误差分析

本文介绍一种用于经纬仪实时确定目标瞬时位置的异面交会计算方法,即利用空间两异面光轴公垂线估计交会点坐标。分析了经纬仪间的交会角等因素对交会测量精度的影响,并应用于飞机航路试验中。结果表明,当交会角在[60°,120°]时,坐标测量精度可显著提高。     

双经纬仪交会测量火炮调炮精度的误差分析与抑制

为了改进调炮精度测量方法,对双经纬仪交会测量火炮调炮精度的测量误差和误差抑制方法进行了研究.首先,根据双经纬仪交会测量原理,建立了测量调炮精度的空间解算模型.接着,以DT202C电子经纬仪为例,对影响其测量精度的各项因素进行了系统的定量分析,并建立了测量误差模型.最后,在预先确定炮管上两标记点的前提下,研究了经纬仪最佳...     

星上敏感器空间矢量自准直测量方法及标定试验

针对星上敏感器测量坐标系高精度标定的需求,提出一种空间矢量自准直测量方法,采用光电自准直经纬仪、卫星转台、基准镜阵列和坐标平移系统等,实现立方镜镜面法向矢量之间夹角的高精度自动化测量。给出空间角测量模型,基于误差传播原理推导出误差模型,并证明不确定度上限;仿真分析传感器精度对空间角测量误差的灵敏度,并在此基础上进行误差分配;设计并研制星上敏感器空间矢量自准直测量系统,对光电自准直经纬仪的转角精度、两轴垂直度和整个系统的空间角测量精度等进行试验标定;结果表明,光电自准直经纬仪转角精度优于0.6″、两轴垂直度优于0.2″,空间角测量精度优于3″,验证所提出方法的有效性、误差分配的合理性和设计方案的可行性,可为高精度星上敏感器的自动化测量标定系统的开发和应用提供参考。     

高精度倾角传感器在测量车载平台变形中的应用

为了分析车载平台变形对光电经纬仪测角误差的影响,提出了利用倾角传感器来测量车载平台变形的方法。基于平台变形对光电经纬仪测角误差的影响的基本原理,利用固定在垂直轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,计算其测量坐标系的变化量,推导出了倾角传感器输出值与测角误差的关系公式。选用双轴倾角传感器实时测量了经纬仪工作时车载平台的变形值,结果表明,车载平台变形量受方位方向速度影响较小,倾角传感器输出值经过滑动加权均值滤波处理后最小相差为0,最大相差为5.1″;受经纬仪视轴位置影响较大,高低角在0°～90°变化时,高低角越小,倾角传感器输出值越大。这种测量方法为进一步提高车载经纬仪的测角精度提供了理论依据。     

基于Simulink的光电经纬仪捕获过程仿真分析

建立了基于Simulink的光电经纬仪伺服系统模型,对匀加速和匀速运动两种典型运动特性目标的捕获过程进行仿真,研究得到目标脱靶量生成时间和目标速度信息生成时间对光电经纬仪捕获过程位置误差的作用规律,并据此给出减小捕获过程位置误差、提高光电经纬仪捕获能力的途径。仿真结果表明,目标脱靶量生成时间是捕获过程位置误差的主要影响因素,目标速度信息生成时间的影响较小,但仍可用于光电经纬仪目标捕获能力的改善。研究结论对光电经纬仪目标捕获的工程实践具有指导意义。     

单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理

为实现快速、高精度角位移测量,提出了一种单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理算法。只需刻画脉冲左右边沿在阈值附近各2个采样点就可以快速估计出脉冲宽度和脉冲中心坐标;对现有文献细分方法进行改进,给出了基于多组刻画脉冲中心求解高分辨力细分角的公式;并对算法时间复杂度和抗噪声性能分别进行了分析与仿真。实验结果表明,本方法在水平方向上测角误差标准差仅为2.5″,平均每秒钟可测角输出25次,具有实现简单、只需较少计算量就可以获得较高测量精度的优点。研究结果可以为单圈绝对式电子经纬仪、全站仪提供一种新的测角信号处理实用方法。     

船载经纬仪数据处理

为了保证船载经纬仪的测角精度,补偿站位及船摇误差,分析了船载设备的姿态数据对测角误差的影响并建立了船摇误差模型.根据该模型提出了设备标定及测量方案,并给出了船载设备站位修正及事后数据处理方法.首先,建立船摇误差模型,分别给出航向、俯仰及横滚测量误差对设备方位角和俯仰角的影响公式;结合测量设备指标及任务要求,制定了标定及测量方案,给出了设备能够保证精度的测角范围.然后,提出了在船载设备特殊使用环境下,站位数据的测量方法及相应的站位船摇修正算法.最后,说明了船载光测设备的测量数据事后处理方法.实验结果表明,在船载精确姿态测量系统最大误差为航向角1.2′,纵倾角24″,横倾角24″的条件下,设备的测角误差均方根为方位≤57″,俯仰≤34″,基本达到了在该测量条件下的理论最优测角精度.     

车载平台变形对测角误差的影响分析与修正

分析了车载平台变形对经纬仪测角误差的影响,将平台变形分为平移变形和旋转变形转两类.采用数值模拟实验论证了平台旋转变形是影响测角误差的主要因素,建立了车载经纬仪测角误差与旋转变形角的关系模型,并在此基础上对目标位置和平台旋转变形对测角误差的影响进行了仿真.利用基于莫尔条纹的自准直测量系统测量平台偏向角,倾角传感器测量平台...     

Estimation method for errors of an aerostatic planar XY stage based on measured profiles errors

This paper describes a method for estimating the geometric errors of an aerostatic planar XY stage. The method calculates two-dimensional (2D) position errors and flatness based on measured guideway profiles. Profile measurements, estimates of motion error, and geometric error models are considered to estimate the 2D position and flatness errors along the X- and Y-axes. A three-probe system is used to measure the guideway profiles for the X- and Y-axes. The motion errors, which are used as input data for geometric error models, are calculated from the force equilibrium of aerostatic bearings along the measured guideway profiles and compared with laser interferometer measurements. Geometric error models were derived to calculate the 2D position and flatness errors of the stage. The measured results and estimates for the 2D position error and flatness differed by 0.5 and 0.6 μm, respectively. Therefore, the proposed estimation method for 2D position and flatness errors of an aerostatic planar XY stage will be a useful tool during the machining and assembly of guideways.     

三芯电缆非侵入式多导体电流测量研究

针对当前的三芯电缆电流测量直接使用传感信号进行多导体位置和电流的测量,传感器数量未确定,使用数量多不仅 使多导体电流测量系统没有确定的传感器使用策略,而且导致测量误差大的问题,本文分析给出了非侵入测量三芯电缆电流所 需的最少且最优的磁传感器数量,提出了非侵入式多导体电流测量原理。 根据三芯电缆电流传导环电缆磁场分布关系,使用 6 个磁传感器环绕电缆分布,由每个传感信号获取 2 个特征值的最优估计,建立 12 个独立方程,实现电缆中导体位置的检测和 导体电流的测量。 搭建了三芯电缆电流测量平台,进行了测试验证。 测试结果表明,该方法测量 15 ~ 100 A 的三相电流的振幅 最大误差小于 1. 00% ,相角误差小于 2°,导体位置误差小于 0. 2 mm。 提出的测量原理极大减小了多芯电缆电流的在线测量误 差,且测量系统拥有更简单的结构和精准的位置及电流波形测量结果。     

Concept for the integration of geometric and servo dynamic errors for predicting volumetric errors in five-axis high-speed machine tools: an application on a XYC three-axis motion trajectory using programmed end point constraint measurements

A modelling approach for volumetric error prediction taking into account geometric and servo dynamic errors in a five-axis high-speed machine tool is proposed in this paper. Polynomial functions are used to represent and then predict the geometric errors. A simple second-order transfer function model is used to model and predict the servo dynamic error. The servo dynamic errors are added to the axis position geometric errors and propagated to the tool and workpiece using matrix transformations. The validity of the error integration concept is tested for a XYC three-axis motion trajectory. Two experimental setups are used. The first experimental test used the KGM grid encoder instrument to estimate the parameters of the servo dynamic error models of the X- and Y-axes. The second experimental test used a programmed end point constraint procedure with measurement of the 3D volumetric positioning errors between a point on the tool holder and another fixed to the machine table. The tests involve maintaining the nominal coincidence of these two points whilst exercising the three axes. These last tests are used to estimate the geometric error parameters and also to validate the prediction performance of the integrated geometric and dynamic model. The result shows the effectiveness of the error integration concept.     

高功率激光装置中靶的定位调试

为了提高高功率激光装置中靶定位调试的效率和精度,提出了一种仿真初调和实验误差分析相结合的靶定位调试方法。该方法采用3-CCD传感器进行定位监测,利用OpenGL成像技术实现CCD仿真图像的采集,并对目标靶、送靶机构等进行虚拟构建。基于仿真实验分析了实际系统中靶定位的误差来源,包括图像检测误差、3-CCD传感器的装校误差及送靶机构的定位误差等。靶定位算法的调试和初步验证在仿真系统中独立进行,实现了理想条件下的零误差定位调整;调试后的算法在实际系统中的靶定位精度小于±5μm,角度误差为±0.015°。由于仿真初调可脱离实验平台进行,故有效地提高了工程效率。提出的调试方法在实际系统中的定位精度满足高功率激光打靶的要求。     

正交基函数多项式实时拟合 在轴角编码器测速中的应用

提出了一种基于正交基函数的多项式实时拟合方法,并应用于轴角编码器测速,解决了常规算法中拟合多项式阶数大于3阶时法方程组容易出现病态,进而使测速精度降低的问题。光电跟踪测量设备地面目标跟踪实验表明,该算法通过对拟合处理后的角度值进行微分运算得到角速率,能有效地降低编码器角度输出中随机误差对测速的影响。在典型实验条件下,与采用同阶拟合多项式的常规方法进行了比对,前者的测速误差标准偏差为0.013 43°/s,后者为0.028 15°/s,采用本算法提高了编码器的测速精度,适合在工程上应用。     

基于大气偏振模式的三维姿态信息获取

现有的偏振光导航方法提供的二维方向信息不能满足导航的实际需求,因此,本文提出了一种利用大气偏振模式获取三维姿态信息的方法,选取太阳作为空间显著特征点,利用大气偏振模式信息计算出载体在两次不同状态下的太阳空间位置信息,通过建立姿态变换矩阵获得了载体的三维姿态信息。最后,对不同天气条件、不同太阳空间位置、不同波段以及天空被部分遮挡情况下太阳空间位置计算的误差分布情况进行了仿真分析和实际测量。实验结果显示,当天空有气溶胶粒子分布时,蓝色波段下的计算误差最小,方位角和高度角的误差分别为1.50°和2.10°;当观测视场中有树木遮挡时,方位角和高度角的平均误差分别为0.91°和1.97°,由此表明本文方法能够有效提取太阳的空间位置,获得载体的三维姿态信息,并满足实际导航的需求。     

天空偏振模式对仿生偏振光定向的影响及实验

针对工程应用中仿生偏振光罗盘易受天气和太阳位置等因素的影响,存在定向精度低、稳定性差等问题,研究了天空偏振模式对偏振光定向的影响机理。建立了含有偏振模型误差的偏振光定向模型,推导了仿生偏振光罗盘的航向角解算方法;然后系统分析了模型误差对偏振光定向精度的影响机理,指出了载体水平角和太阳高度角是决定模型误差影响程度的主要因素;最后设计了静态实验与跑车测试,评估了不同水平角和太阳高度角时,模型误差对偏振光定向精度的影响。结果表明:当太阳高度角hs40°时,偏振光定向误差为0.729°;当40°hs75°时,误差为3.764°;精度明显降低。另外,载体水平角越大,模型误差角对定向精度的影响程度也越显著;载体水平时,定向误差为0.323°,而倾斜后误差增大为1.352°。文中对仿生偏振光定向的影响机理分析为补偿偏振模型误差,实现高精度偏振光定向提供了理论依据。     

基于递推最小二乘法的地磁测量误差校正方法

针对弹体地磁测量容易受到各种误差影响而导致地磁姿态测量精度降低的问题,在分析自身误差和环境误差的基础上,对椭球模型的地磁测量误差进行建模,采用最大似然估计解算静态误差补偿参数,以解算结果为初值,通过递推最小二乘法推到补偿参数的实时更新算法,综合以上研究,形成用于地磁测量误差补偿的在线组合校正方法。仿真及实验结果表明,在接近盲区方向的最大姿态角误差小于5°,在线组合校正能够保证姿态检测系统在不同射向条件下的精度。     

基于合作靶标的分布式测量系统定向方法

大尺寸分布式测量系统基于多源观测交会原理,测量节点间的相对位姿关系决定了系统整体性能。 工作空间测量定位 系统是分布式测量系统的典型代表,其定向方法借助激光跟踪仪的靶球互换性构建几何约束条件,导致系统接收节点存在不可 避免的对心误差,影响定向精度。 本文研究了一种移动式合作靶标的分布式系统定向方法。 通过设计集成多接收节点的合作 靶标,无需精确确定靶标接收节点间的结构关系,而是利用接收节点间空间位置的相对不变性作为刚性约束来建立冗余光平面 交会信息的基站相对位姿关系模型。 结合后方交会定向初值解算模型,得到了不受接收节点互换对心误差影响的定向结果。 最后以工作空间测量定位系统(wMPS)为实验验证平台,结果表明:此定向方法避免了靶球高精度互换性,具有较好的稳定性, 能够有效降低接收节点互换对心误差的影响。 与传统基准尺定向方法相比,此定向方法的基准长度测量精度提高了约 40% 。     

远距离三维坐标测量中双目视觉系统结构参数的优化

针对双目视觉系统对远距离大视场复杂地形环境下目标点三维坐标的测量,研究了优化系统结构,提高双目视觉系统坐标测量精度的方法。分析了系统结构参数对测量精度的影响,通过在监测区域内设置靶标对系统进行标定。测量时,将获取的目标点图像信息代入测量模型进行解算,从而获得目标点的空间三维坐标。仿真分析了系统结构参数中调平传感器精度以及系统布局方式对三维坐标测量精度的影响,得出了其误差影响趋势。在此基础上,提出系统调平传感器精度为±0.1°的要求以及系统合理的布局方式,为构建双目视觉测量系统的布局提供参考。对直径200m的区域进行了监测,结果显示目标点的相对定位误差均小于0.33%,满足系统的精度指标要求,同时使得系统现场架设更加方便快捷,避免了盲目性。