点光源反射镜法向标校技术

针对基于反射式点光源进行在轨辐射定标过程中反射镜法向标校建模不够完善的问题,提出基于反射镜与相机几何模型的反射镜法向标校及矢量控制算法.通过解算模型求解相机与反射镜间的几何误差,建立了太阳图像质心坐标与反射镜法向之间的关系,可实现多点自动化标校反射镜法向,提高镜法向标校及系统指向精度.实验结果表明,利用解算后的几何模型反解不同时刻质心坐标进行多点反射镜法向标校,相机观测太阳像素角分辨率标准误差分别为:X轴方向0.02165°、Y轴方向0.01982°,综合角分辨率误差为0.02936°,优于太阳观测器对反射镜法向标校精度.实现了相机观测太阳取代人工借助太阳观测器观测太阳的自动化镜法向标校,扩展了标校灵活度,系统综合指向精度优于0.1°,为固定实验场联网自动化集中控制不同能级梯度的点光源阵列在轨辐射定标和调制传递函数检测奠定基础.     

影响区域网光束法平差测量精度的初值因素分析

光束法平差是一种高精度的摄影测量优化方法,在大尺寸三维测量中起不可替代的重要作用。但光束法平差优化参数初始值的误差会影响最终结果的优化精度、优化发散以及局部收敛等现象发生。以高精度的区域网光束法平差为研究对象,系统性的对包括重建三维点坐标、图像坐标、外参数旋转角和平移向量四种初值参数对测量精度的影响进行深入分析。模拟研究表明,光束法平差优化将毫米级的重建三维点初值误差降低10倍以上;随着图像坐标定位误差的增加优化精度下降很快,但光束法平差优化精度仍能提高一个数量级;相机外参数旋转角和平移向量初值误差都对光束法平差优化精度影响较大。模拟结论对实际测量实验具有重要的指导意义。     

动态像面法测量水面落点位置及误差分析

为了测量弹丸水面落点的位置, 建立了基于CCD相机动态像面的测量模型。该模型通过CCD相机辅助采集相关点位的图像信息, 对水面落点的位置函数以及误差进行了研究。首先, 利用空间几何获得靶船上三定点相对于测量船的方位、俯仰信息。接着, 结合t时刻观测图像上定点的像面坐标, 运用底片常数模型建立像面坐标和角度信息两套参量之间的关系函数, 从而得到目标落点的方位、俯仰信息, 再利用异面交会法计算出目标落点位置。最后, 分析了目标落点位置的误差来源(质心误差, 位置误差)、误差以及各误差源与位置坐标之间的关系。实验结果表明:在测量船位置精度达到0.05 m, 图像质心定位精度达到0.5 pixel时, 在最小交会误差的情况下, 目标落点的位置测量误差分别为2.8, 4.9, 4.3 m。     

大失准角传递对准算法研究

经典Kalman滤波器不适用于大失准角情况下的传递对准,故只能采用非线性滤波器进行失准角的次优估计,其工程实现效果无法满足惯性姿态系统对姿态精度的要求。针对上述问题,提出了动态解析对准与传递对准相结合的大失准角传递对准算法,设计了"速度+角速度"匹配的传递对准滤波模型。该算法利用动态解析对准算法完成大失准角的初步补偿,解决传递对准非线性误差模型无法进行线性化的问题。基于Kalman滤波最优估计理论,设计FIR低通滤波器完成观测信息去噪滤波,实现姿态失准角的最优估计补偿,以达到惯性姿态系统大失准角条件下快速精确传递对准的目的。试验结果表明,在大失准角条件下,惯性姿态系统可在50s内完成方位精度为3′、水平姿态精度为1′的初始对准。     

基于精密测角法的测绘相机分组渐进标定算法

针对精密测角法标定测绘相机内方位元素中理论误差和观测点分布状态对标定精度影响的问题,提出了一种基于精密测角法的分组渐进标定算法。提出的算法包括2个部分：采用分组渐近方式调整精密转台零点位置,减小了理论误差;对每组观测数据引入了数据一致性约束,消除观测值分布、数量对标定结果的影响。最后,给出了分组渐进算法的精度分析。实验数据显示,在相同试验环境条件下,分组渐进标定算法中主点、主距标定精度比精密测角算法分别提高了2.43倍和2.00倍,可达到2.12 μm和4.02 μm,表明分组渐进标定算法提高了标定精度。     

硬管式无人机AAR双目视觉导航算法研究

针对硬管式无人机自主空中加油近距编队阶段的相对位置和姿态估计问题,研究了基于双目视觉的相对位姿估计算法。该算法采用Harris方法提取特征点,并对其进行快速匹配,通过Sampson方法三维重构获得特征点在摄像机坐标系下的三维坐标,以重构误差平方和最小为准则建立目标函数,利用单位四元数法求解位姿参数。最后利用仿真平台验证双目视觉位姿估计算法的有效性。结果表明:相对位置误差低于0.1 m,相对姿态误差小于0.5°,其精度满足自主空中加油相对导航性能要求。     

基于目标特征点比例的单站图像定姿方法

 为提高靶场实况记录设备的姿态测量能力,提出了一种针对实况记录图像的单站定姿方法,可以利用目标特征点坐标的比例信息快速准确地获取目标三维姿态。分析了目标成像模型及坐标系间位姿参数关系;推导出含特征点坐标比例的共线方程,采用迭代求解获得目标姿态参数;分析了算法的可行性及误差来源。仿真实验表明：该算法求解精度高,鲁棒性好,具有较强的工程实用性。     

稳健估计下的声源定位最小二乘算法

采用声波技术测量落点坐标时,由于多种原因不可避免会产生粗差,严重影响定位结果。针对上述问题,提出了一种粗差探测方法和稳健估计下的声源定位最小二乘算法。该算法按照逐次迭代平差的方法,不断地改变观测值的权,使粗差观测值的权趋于零,从而降低粗差的影响。通过算例对文章算法进行了验证,结果表明:新算法的解算精度明显优于传统最小二乘算法。     

激光跟踪虚拟坐标测量系统与自标定方法的实验研究

激光跟踪虚拟坐标测量系统满足了工业领域大型工件和空间形位测量所提出的要求。这些要求包括 :高精度、无导轨测量、动态实时跟踪测量、全姿态测量等。在实验室建立了基于角度 距离法的激光跟踪测量系统和基于纯距离法的多站跟踪测量系统 ,分别在三坐标测量机、光学平台光栅位移系统下进行了实际跟踪测量和精度比对实验。并运用虚拟坐标自标定算法在虚拟坐标系下确定了初始点位置、目标点坐标及各点间距离。最后 ,对两种方法的特点进行了分析比较     

DRESOR法对平行入射辐射问题的研究

本采用一种基于蒙特卡洛法(Monte Carlo Method,MCM)求解辐射传递方程(Radiative Transfer Equation, RTE)的快捷、有效的方法-DRESOR法(Distributions of Ratios of Energy Scattered Or Reflected)在一维充满吸收、各向同性散射介质平行平板中,外部有平行入射条件下,求解计算空间点的辐射强度沿空间方向角的分布,而不需要辐射平衡和在空间位置坐标和方向角度坐标上同时离散辐射传递方程进行迭代求解。     

模拟退火遗传算法在多声源定位中的应用

利用声源定位技术测量弹丸落点坐标时,针对多发炮弹短间隔连续射击试验中,传感器接收信号的时序关系复杂,严重影响声源定位结果准确性的问题,提出了采用模拟退火遗传算法实现短间隔连续多声源目标的精确定位。试验测试了发射间隔为0.15 s的7发炮弹在600 m×600 m区域内的定位情况,结果表明:文章的算法能快速有效的对短间隔连续多声源目标进行定位解算,定位精度小于5 m。     

弹跳弹丸近地炸点高度光电测量方法研究

针对测量弹跳弹丸空中炸点高度的难题,提出一种光电测量方法。该方法利用弹丸落地弹跳后在空中做匀减速运动建立数学模型,通过声传感器、光幕靶、火焰探测器和双路测时仪测量弹丸在空中几个特征点的时间间隔,配合光幕靶的靶距等布靶结构参数,利用测量公式计算出空中炸点高度。文中对所提方法进行了测量不确定度分析,经理论分析,系统的测量不确定度小于20 mm。结果证明该方法测量精度高、实时性好、可靠性高,仪器布放简便,所用设备均为靶场常用测试设备,易于工程化实现。文中介绍的方法适用于一类落地后再次弹跳后爆炸和民用礼花弹空中炸高的测量场合。     

天幕立靶探测光幕响应时间一致性测量方法研究

为验证弹丸穿过天幕立靶时6个光幕响应时间是否一致，以提高测试设备测速精度，提出了一种用于检测天幕立靶光幕响应时间一致性的测量方法，设计了一种基于该测量方法的模拟弹丸过幕信号源测试装置。该装置调用存储在ROM中的弹丸轮廓数据，经DA转换控制两路光源间隔亮暗变化一次，用于模拟弹丸依次穿过探测光幕所遮挡的光能量变化。利用信号采集与处理仪同步采集两路输出信号时间间隔，与装置设定时间间隔的差值比较完成测试。测试结果表明:输出两路信号的时间间隔与设定时间间隔间的差值均小于1 μs，满足6个光幕响应时间一致性技术指标要求，该测试装置及测量方法可用于天幕立靶光幕响应时间一致性测量。     

基于舰载光电跟踪仪的舰炮对海射击报靶方法

针对大中口径舰炮对海射击训练时,缺少设备测量相对靶船中心的弹丸落点散布精度,提出了一种利用舰载光电跟踪仪交汇测量方法。以靶船型值为基准,利用靶船型值在屏幕上的像素尺寸,求出相对光电跟踪仪电视中心的弹着点线及偏置角,将两艘舰艇光电跟踪仪分别测量出的两条弹着点线相交,即可求出相对于靶船中心的脱靶量。给出了交会测量弹着水柱的数学模型,对测量精度进行了分析,计算结果表明脱靶量误差小于3m。     

A novel 1D target-based calibration method with unknown orientation for structured light vision sensor

The problem associated with calibrating a structured light vision sensor is that it is difficult to obtain the coordinates of the world calibration points falling on the light stripe plane. In this paper, we present a novel method to address this problem by randomly moving a 1D (one-dimension) target within the sensor's view field. At each position where the target is set, the world coordinates with one calibration point on the light stripe plane that can be obtained based on at least three preset known points on the 1D target by a proposed two-stage technique. Thus, as long as the 1D target is at least set at three different positions, not less than three such calibration points can be obtained to perform the structured light vision sensor calibration. The simulation and real experiments conducted reveal that the proposed approach has an accuracy of up to 0.065 mm. The advantages of the proposed method are: (1) 1D target is easily machined with high accuracy, which reduces the cost of the calibration equipment; (2) the method simplifies the calibration operation and can be convenient in on-site calibration; (3) the method is suitable for use in confined spaces.     

引信用激光与加速度传感器复合定高技术

比较了不同类型的弹载定高体制,提出了脉冲激光与重力加速度传感器复合定高的定距原理,并对测距误差进行深入分析,得出其定高精度。对设计出的原理样机进行了实验测试,平台倾斜角度检测实验的结果表明,静态条件下最大角度误差小于0.3;0~500 m定高测试实验的结果表明,测量平均值与实际值最大误差为2.5 m,并且与目标距离无关。     

采用针孔照相法测量炮弹飞行姿态

测量炮弹的飞行姿态,特别是距炮口200米内的飞行姿态,是外弹道实验最重要的内容之一,因为飞行姿态与飞行稳定性及射击密集度的研究密切相关。当前,测量飞行姿态的方法有攻角纸靶、弹道靶道及高速摄影等。攻角纸靶简单、经济,但它对弹丸的运动有干扰,精度较低;弹道靶道能得到精确的飞行姿态数据,但必须建立一系列火花闪光照相站,耗费巨大;弹道同步照相及高速分幅照相也可测量姿态,但因精度较低,化费大,实际上没有得到广泛应用。 用在弹头上安装针孔照相机的方法,并借助一个频闪平行光源,能够直接记录攻角——时间变化曲线。此法比较简单、经济、精确,其缺点是需要回收射击的炮弹。     

金属网栅法布里珀罗干涉仪测量太赫兹波波长

设计并制作了用于测量波长大于150 μm(频率低于2 THz)的太赫兹波波长的金属网栅法布里珀罗干涉仪(FPI)。采用光电子微纳制造工艺制作了五组周期不大于40 μm,线宽不大于10 μm的有衬底方形金属网栅,利用太赫兹时域光谱技术测量了金属网栅的太赫兹波段光电特性,得到了各组金属网栅在感兴趣频段的反射率和金属网栅FPI的反射精细度,结果表明所制作的金属网栅FPI均可用于测量波长大于150 μm的太赫兹波。实验搭建金属网栅FPI扫描测量了212 μm的太赫兹波波长,与理论结果吻合。研究了金属网栅FPI对太赫兹波偏振方向的依赖性以及对FPI腔镜平行度的要求,结果表明,方形金属网栅FPI对正入射太赫兹波偏振方向不敏感,而对FPI腔镜平行度很敏感。     

基于基本参数法的EDXRF全谱拟合定量算法及其应用

在进行能量色散X射线荧光（EDXRF）的解谱操作时,如果样品中元素含量不高,单个元素的谱峰形状在混合样品谱中会保持较好,纯元素谱剥离是一种比较好的解谱方法,同时,在不高的含量范围内,谱峰强度与元素含量的线性关系保持较好,定量较为准确;但在常量分析中,元素之间会存在较强的吸收增强效应,并导致混合样品谱中单个元素的贡献与其纯元素谱的形状不一致,因此,用固定形状的纯元素谱剥离方法就会有较大偏差。同时,吸收增强效应会干扰谱峰强度与元素含量的线性关系,两种因素的叠加,导致元素定量的不准确,因此,在进行常量分析时,简单的纯元素谱剥离的解谱方法并不适用。介绍了一种基于基本参数（FP）法的全谱拟合定量算法,在进行谱图准确拟合的同时,完成定量计算,其操作步骤如下：首先用纯元素谱剥离的方法得到实测的各谱线强度,并以此为依据预估样品中各元素含量,然后代入FP法计算样品中各谱线理论强度,根据与实测值的偏差调整元素含量,并做“FP计算-调整含量”两个过程的迭代,直至计算谱与实测谱的强度无差别;用最后的样品构成计算各元素谱峰形状,并修正纯元素谱,再次重复“剥离解谱-估算含量-迭代FP计算”的步骤,将最终得到的元素含量认为是测试结果。该种方法弥补了简单解谱剥离方法的弊端,借助于基本参数法的计算,纯元素谱峰得到了修正,解谱更准确,同时也能很好地校正基体效应对定量分析的影响。利用这种方法对较高浓度La/Ce/Pr/Nd混合溶液样品的EDXRF谱图进行分析,新方法计算得到的谱图与实测谱的残差σ降至474.5,远小于单纯使用纯元素谱剥离方法的1 415.0[1]。用该方法对多个配分含量范围从0~90%的稀土混合溶液进行检测,各样品各元素配分偏差均小于1%,多次连续测试表明,各元素的相对标准偏差RSD<1%,该方法的准确度和稳定性都较好,能很好地满足稀土冶炼行业生产实践的需求。