动态实时光学精密水平姿态测量方法EI北大核心CSCD

为了解决运动载体(如车辆、船舶和飞机等)实时精密水平姿态测量的问题,基于液体自动水平原理,提出了采用"光学编码精密测角+惯性同步复示平台+水平误差检测工具"的水平姿态测量方案,并进行了码头船舶动态原理验证试验。结果表明,测量原理正确、有效、可行,试验设备与惯导设备的水平姿态的差分差值小于等于2.0″[均方根(RMS)值]。该方法可以为运动载体(例如各类军用武器发射平台)实时提供高精度的水平姿态信息,并用于运动载体水平结构变形测量、惯导水平精度鉴定等。     

一种基于角增量和姿态矩阵联合匹配的船体形变测量方法

船体形变是制约舰船武器系统使命效能发挥的物理现象之一。针对如何准确测量船体形变这一问题,提出了一种基于角增量和姿态矩阵联合匹配的船体形变测量方法。该方法仅依靠能够提供载体角运动信息的陀螺仪,通过可靠的船体形变角滤波估计策略,在无需进行惯导初始对准、惯导速度位置更新的条件下,能够实现针对船体形变的高精度测量。仿真试验表明,提出的方法对船体形变的估计精度优于35″。能够为传递对准、火炮发射等需要舰船形变信息的场景提供支撑。     

光电校靶中捷联惯导轴线的表征校准方法

光电校靶采用捷联惯导系统,需将惯导轴线用光电自准直系统表征捷联,用于对设备轴线的测量。光电自准直系统所表征的轴线与惯导轴线的一致性是影响校靶精度的重要因素,为提高光电校靶系统测量精度和效率,提出了一种惯导轴线的光电表征和校准方法。该方法是在分析测量结果偏差与一致性关系的基础上,采用实验数据拟合的方式得到自准直系统光轴与惯导轴之间的角度偏差值,用于系统修正,从而实现高精度校准。通过试验,将传统光机校正法和光电校准法结合使用,可大幅度提高系统校正效率,同时得到惯导与光轴一致性精度在15″以内。试验结果表明,与传统光学平晶引出的光机校正法相比,该方法的表征准确度和校准精度更高,适用于高精度惯性测量系统。     

大尺度阻隔空间姿态组合测量方法研究北大核心CSCD

针对大尺度空间姿态测量中因空间阻隔导致目标特征点遮挡的问题,提出了一种基于多传感器组合的姿态测量方法。通过数字水准仪与姿态探针实现被测特征点的单坐标基准测量,由特征点的水平高差和已知几何约束关系解算得到目标初始姿态值。在此基础上标定高精度倾角传感器与被测目标之间的姿态旋转矩阵,基于坐标变换理论可由传感器输出实时解算目标姿态。实验结果表明:在10 m范围内,姿态测量相对精度优于0.0015°,重复性测量误差小于0.0004°,适用于大尺度阻隔空间姿态的精密实时测量。     

导弹发射姿态测量方法研究

针对导弹发射姿态测量问题,提出采用高速摄像机通过斜瞄和平瞄姿态测量方法求解导弹中轴线俯仰角和方位角,仿真典型导弹起飞段近距离姿态测量,分析两种测量方法对导弹飞行姿态测量精度和适用性。仿真结果表明:平瞄和斜瞄姿态测量方法,测量误差在0.2°以内。斜瞄方式使用更便捷,通用性好。平瞄方式测量精度高,数据处理方法、机械结构相对简单,在适合的应用场合优势明显。此分析方法、分析结果为姿态测量方法选取和研究等提供一种可行的途径,也可为其它运动目标的姿态测量提供借鉴。     

红外地平仪地球模拟器光学校准精度分析

针对适用于双圆锥扫描红外地平仪地面检测体积相对较大的地球模拟器,使用两台电子经纬仪建立三维坐标测量系统,采用全测角的方法计算并实时显示被测点的三维坐标值,可以大大提高光学校准精度。基于坐标值的计算以及地球模拟器的模拟原理,首先对地球模拟器进行精密校准,然后基于误差传递公式计算直角坐标的校准测试误差,对光学校准精度进行分析,最终实现红外地球敏感器姿态角测量的误差分析。计算与实际测量结果表明,通过使用实时三维测量系统对地球模拟器进行精密校准后,双圆锥扫描红外地平仪的姿态角模拟测试误差可降低到0.01°以下。验证了该测量系统在大型航天地面检测设备中的有效性与实用性。     

用晶体斜劈方法测量石英波片相位延迟的温度特性

介绍了一种基于晶体斜劈的偏振光相位延迟量的精密测量方法,并将该方法用于测量零级和多级石英波片相位延迟量的温度特性。该测量方法不受光源功率波动的影响,相位测量精度可以达到0.05°。相比于传统的测量方法,晶体斜劈方法在相位测量过程中无需调节光学元件,可以实时地测量相位变化,而且该方法可用于任意光学元件引入相位延迟的精确测量,或推广到不同的光学波段。     

CCD接力测量船体变形研究

在舰船上,不少设备需要导航仪器提供姿态信息,船体变形会引起设备之间的姿态传递误差,导致设备效用降低。为了修正误差,获得精确的设备姿态测量结果,需要一套测量装置对船体变形进行测量。基于CCD的船体变形测量具有非接触性、精度高的优点。但当测量的两设备安装基座之间光路不能通视时,需要采用接力测量方法。阐述了CCD接力测量船体变形方法的原理和模型,并进行了模拟试验。试验结果表明,CCD接力测量船体变形方法可以高精度测量设备之间的相对姿态变化量。     

指向精度对光学姿态测量精度的影响分析

为验证光轴指向误差对光学姿态测量精度的影响程度,并为后续实况类设备实现姿态测量提供理论依据,以中轴线法为依据,对算法步骤进行拆分,并对光轴指向误差的影响进行溯源,得出指向误差影响姿态处理结果可从两个方面进行分析。同时对模型内交会算法的直接影响和模型外动态基准的间接影响进行推导分析,将仿真计算和实测数据进行结合验证,获取了在典型中长远光学姿态测量中指向误差200″对姿态角误差不超过0.1°的结论,为现有姿态测量可靠性分析以及后续靶场设备能力拓展奠定了理论基础。     

基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法

原位测量是提高光学自由曲面面形精度的重要手段,对于提高加工效率、实现加工过程自动化具有重要意义。由于面形的复杂性,光学自由曲面原位测量一直是超精密测量领域的难题。提出了一种基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法,测量系统由LVDT气浮式传感器、红宝石探针和数据采集部件组成,采用螺旋线方式进行加工及测量路径的设计,通过运动控制接口实现机床坐标和测量数据的实时同步采集,快速精确地获取测量数据。实验结果表明,所加工的双正弦自由曲面的面形误差在±0.5μm范围内。     

基于平面导航系的极区传递对准算法研究

针对极区经线快速收敛导致基于传统导航坐标系的传递对准模型和误差方程不适用的问题,提出了基于平面导航力学编排的极区传递对准算法,并设计了"速度+姿态"匹配的传递对准滤波模型。该算法基于Kalman滤波最优估计理论,利用舰艇主惯导高精度姿态、速度信息对局部基准姿态失准角进行估计补偿,以达到局部基准极区动基座条件下快速初始对准的目的。仿真结果表明,在中海况条件下,局部基准可在20s内完成方位精度为5′、水平姿态精度为3′的初始对准。     

Measurement of spatial object''''s exterior attitude based on linear CCD

It is difficult to realize real-time measurement of exterior attitude by the traditional systems based on the area image sensor which have conflict between speed and accuracy.The subsystem for three-dimensional (3D) coordinate rcconstruction of point target (S3DCRPT) which is composed of three one-dimensional (1D) cameras based on linear charge-coupled device (CCD) can determine the distant light spots' spatial position. The attitude angle of the measured object is determined by the spatial solution while the coordinate reconstruction is separately carried on by the S3DCRPT with some point cooperation targets (PCTs) on the measured object. A new optical system is designed to solve the interference problem with one-to-one relationship between the PCTs and the S3DCRPT optical subsystems,which improves the measurement accuracy and saves space. The mathematical model of the attitude measurement is established,and partial and global calibrations are realized for the multi-camera attitude measurement system.The test results show the feasibility of the exterior attitude measurement based on linear CCD.     

基于COMPASS+PD/HRLR组合的侦察导弹对海洋移动目标定位方法研究

针对现行侦察手段对敌方海洋移动目标进行地理坐标的测量方法不多,测量精度不高的问题,提出了一种利用反舰巡航导弹搭载北斗卫星定位接收机(COMPASS)、合成孔径雷达(SAR)、脉冲多普勒雷达(PD)、高重频激光测距仪(HRLR)、激光测高仪(LHD)与数据传输系统(DCS),实现对敌海洋移动目标准确识别和精确定位的方法,介绍了侦察导弹的组成,说明了定位原理,给出了物理多站连续交会定位算法模型,进行了模拟测量数据解算和误差分析。通过仿真证明,本方法简单、实用,能够满足实际工程应用的需求,可为海上远程精确打击体系提供高精度的目标位置信息。     

基于直线的运动目标相对位置姿态光学测量方法

针对运动目标的相对位置姿态测量问题,研究了一种基于目标上的两条不平行直线的光学测量方法。首先证明了使用特征光点确定目标位置姿态参数的条件;然后推导了基于直线的求取位置姿态的解析解;最后对使用该方法时的测量误差进行了仿真分析,同时给出了实际的测量误差。由于增加了带测量的测量基线,所以减少了位置姿态参数的测量精度对光学系统的依赖。实验结果表明,该方法可满足运动目标相对位置姿态的高精度测量的需求。     

基于动平台多源数据的运动目标测量方法研究

根据运动目标性能试验需求及试验平台的特点,建立一个影像数据测量系统,实现目标的运动视频记录和外部参数测量。采用基于OpenCV的棋盘格内参数标定结合基于平台上固定标识点、线为基准的外场标定的摄像机标定方法,采用高速影像数据、中线视频数据和GPS数据相结合的方法实现目标运动的轨迹、姿态等参数的测量。通过测量精度分析及多次试验结果证明,测量精度达到水平方向优于10 cm,高程方向优于5 cm,姿态精度优于05。