中国散裂中子源准直控制网数据处理方法

以中国散裂中子源CSNS的直线加速器控制网为例,对其数据处理方法进行研究,采用平面与高程二维平差以及三维定向平差两种方式对准直控制网进行处理分析。同时,为了使准直数据处理更加简易便利,提出利用激光跟踪仪的测量软件SA实现三维定向平差的方法。通过不同软件及不同数据处理方法的对比,验证准直控制网数据处理的正确性,最终200 m长直线控制网点位精度优于0.2 mm,这为准直控制网的数据处理提供了指导。     

三维形貌柔性测量系统标定方法及验证

为了避免机器人模型误差对三维形貌柔性测量系统手眼标定的影响,对手眼关系的标定方法进行了研究。提出了一种融合特征点拟合的手眼标定方法。将三维形貌扫描仪安装在工业机器人末端搭建三维形貌柔性测量系统。标定时,首先利用激光跟踪仪对工业机器人末端法兰盘坐标系进行测量,得到两者转换关系;然后,利用三维形貌扫描仪和激光跟踪仪对空间固定的特征点组进行测量,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法求解两者转换关系即可间接地求解出手眼关系。基于ATOS三维扫描仪、安川HP20D机器人和API公司生产的激光跟踪仪进行了手眼标定实验,并进行了精度验证。结果表明:标定后的三维形貌柔性测量系统,其重复性测量精度(3σ)不超过0.1 mm,长度测量精度的均方根误差在0.2 mm以内,点云拼接精度优于±0.7 mm。该方法有效避免了传统手眼标定过程中会引入机器人模型误差的问题,在求解手眼关系解时采用了线性的解法,并且适用于三维形貌柔性测量系统。     

机载光电平台目标交会定位

根据直线交会测量原理,构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系,在地心直角坐标系下,根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数,结合飞机的位置和姿态测量参数,通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系,计算目标的大地经纬度和高程坐标,通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近,经度误差为0.65",纬度误差为0.82",高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

基于聚束逆合成孔径激光成像雷达组的三维目标重构的研究

为了在聚束逆合成孔径激光雷达成像中获得三维重构需要的高程信息量,设计了基于聚束逆合成孔径激光成像雷达组的目标重构算法.系统在等边三角形三个顶点上分布安置逆合成孔径激光雷达,根据位置和倾角的关系,由另两个激光雷达提供三维目标重构的高程信息.计算了被测目标任意方向进入系统探测区域后,三个逆合成孔径激光雷达对应的高程函数表达式.通过仿真实验可知,被测目标的速度对高程函数没有显著影响.而逆合成孔径激光雷达与目标的角度关系对高程信息变化有显著贡献,在采用不同位置高程信息融合的过程中,选择逆合成孔径激光雷达的分布方式对回波数据的利用率有影响.由于不同角度变化产生了连续变化高程信息,利用该方法可以有效地通过获取高程信息重构目标三维图像.     

基于点阵编码的三维主动视觉标定

提出一种基于位错点阵编码三维成像系统的标定方法.首先在物空间建立三维数据基准,然后通过基准传递的概念标定摄像子系统,再通过建立摄像子系统坐标系与投影子系统坐标系之间的约束关系,将标定后的摄像子系统的准确度传递到投影子系统坐标系.摄像子系统坐标系与投影子系统都具有标定的准确度之后,可以根据位错点阵编码三维成像技术的解码算法获得深度图像空间坐标的计算值,然后将其与物体空间的三维标定数据基准进行比较,建立目标函数为误差平方和最小的非线性优化方程.通过迭代求解这个优化方程,最终获得三维系统的结构参量.实验结果表明,经过三维标定的位错点阵编码三维成像系统,对300×300×80 mm3的测量体积内,可以获得X方向的标准差为0.29mm和Y方向的标准差为0.24mm,Z方向的标准差为0.29mm的测量准确度.     

基于月球探测数据的月面地形重构方法研究

在比较不同探月任务取得的月表三维影像数据的基础上,选择中国嫦娥一号全月分幅数字高程模型（DEM）数据作为构建月表地形模型的数据源,并利用ArcGIS、Cass和AutoCAD等软件的功能及其之间的连接关系,研究了基于月球探测数据构建月表三维模型的技术和方法。以月表撞击坑Lichtenberg为例,建立了撞击坑的三维地形模型,并对其精度和影响精度的因素进行了分析。分析结果表明,对于500m分辨率的原始数据,模型误差较小,产生误差的原因主要包括生成等高线的密度、采点间距等因素。     

一种基于对偶四元素描述的线面特征约束的点云配准方法

针对地面三维激光扫描仪采集到的相邻测站点云存在空间特征关联,以及城市建筑群中含有大量的线面特征,提出一种基于对偶四元素描述的线面特征约束的点云配准方法,该方法在利用对偶四元素统一描述空间变换参数的同时考虑到尺度因子。将依据直线和平面存在的几何关系,以及线面相交所产生的交点与夹角等作为配准约束条件,构建出空间相似变换目标函数,利用最小二乘准构建出平差模型以计算空间相似变换相关参数。为了避免不恰当的初始值所导致的迭代不收敛问题,将Levenberg-Marquardt法应用于平差模型的解算。最后对该方法的正确性与可行性进行实验分析。结果表明,相较于仅考虑线特征或面特征约束的点云配准方法,所提方法的配准精度更高,并且采用Levenberg-Marquardt法解算平差模型能在任意给定的初始值下正确收敛。     

基于激光点云多条件约束的相机检校方法

为了克服相机检校对二维/三维检校场的依赖,提出一种基于激光点云多条件约束的相机检校方法。该方法通过对相机获取的多视影像进行光束法平差获得初始相机参数;利用影像点云与其最邻近的激光点云之间的位置关系,以共线方程为基础模型,建立多条件约束的相机检校数学模型;使用不等式约束的最小二乘方法平差迭代解算相机参数。将本文方法与基于三维控制场的检校精度进行了实验对比分析,结果表明本文方法与基于三维控制场的检校精度相当,两者反投影平均误差相差小于0.1 pixel,验证了本文方法在没有传统检校场的情况下进行相机检校的可行性。     

利用环形激光视觉传感的焊缝三维恢复

为了实现复杂条件下的焊缝检测与跟踪,通过激光扫描技术,开发了环形激光视觉传感器,与机器人手爪一起构成焊接机器人"手-眼"系统,从而获得焊缝三维信息。改善了传统的点状或线条状激光视觉传感器信息量少、解释模糊以及跟踪方向单一等问题。研究了用于焊缝定位与跟踪的环形激光视觉传感器系统的内外参量标定,提出了实现焊缝三维计算的模型,最后,以对接接头、搭接接头、角接接头为对象进行了试验验证,并对标定精度进行了分析。结果表明:环形激光在不同的焊缝表现了不同的形态,结合标定试验结果,能够计算被检测焊缝的三维坐标,计算精度能够满足试验要求。     

三维虚拟动态测量系统构建方法研究

针对传统二维测量系统存在测量精度较低、稳定性差的不足,提出一种基于数据交互的三维虚拟动态测量方法。该方法采用三维构型与总线技术同步耦合的工作方式,对三维测量系统中模型驱动的关键问题进行了研究,探讨了三维测量系统中数据交互解决方法的可行性,并将该方法应用于煤矿排水系统,完成了三维虚拟动态测量系统的开发。试验结果表明由该方法实现的三维虚拟动态测量系统具有运行稳定、操作简单、直观性强、可靠性高的优点,应用前景广阔。     

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。     

两轴光电跟踪仪高仰角跟踪盲区分析

 从轴准直误差、动态滞后误差两方面分析了采用俯仰轴叠加于方位轴光机座结构方式的光电跟踪仪在高俯仰角跟踪时的误差变化及由此导致的盲区问题,从轴准直误差和动态滞后误差两方面对高仰角跟踪盲区的形成及其空间分布进行分析,并用MATLAB进行了仿真,给出跟踪盲区随方位、俯仰角变化的的分布图形。从盲区分布图形可以看出：光电跟踪仪在性能一定的情况下,跟踪盲区随着仰角增大而增大,并结合直线航路给出这两种误差导致的跟踪盲区的计算方法。跟踪直线航路实验数据显示跟踪误差随着仰角增大而增大。     

光电经纬仪动态测角精度随机误差检测方法研究

为了实现光电经纬仪动态测角精度随机误差的检测,进一步提高光电经纬仪的检测能力,进行了光电经纬仪动态测角精度随机误差的研究。基于布尔萨坐标转换原理,通过严格理论推导,得到动靶标方位值和俯仰值的理论公式。以光电经纬仪的方位角A、俯仰角E以及采样时间t等基本参数为基础,结合动靶标方位值和俯仰值的理论公式,得到A和E的理论真值,再与光电经纬仪测得值A和E进行比较,得到光电经纬仪动态测角精度随机误差。提出一种检测光电经纬仪的动态测角精度随机误差的新方法,为光电经纬仪动态测角精度随机误差的测量提供了新的思路。     

利用激光跟踪仪测量超长导轨直线度的方法

在简要分析和对比各种检测导轨直线度方法的基础上,提出利用激光跟踪仪测量超长导轨直线度的方法,对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究。结合工程实例,对一数控机床的20 m超长导轨进行了直线度测量,得到其2个方向上的直线度分别为27 m和25 m。该方法拓宽了激光跟踪仪的现有功能,能精确快速地完成对超长导轨直线度的检测,并可以实现对超长导轨2个方向直线度的分离,测量导轨的长度可达到70 m,检测精度为0.4 m/m。     

全视角高精度三维测量仪光学系统误差分析研究

大视角、高分辨率、低畸变光学成像系统是全视角高精度三维测量仪中最为关键的核心器件。现有三维测量仪实际使用过程中不可避免会产生各种误差,因此科学合理地评估和降低全视角高精度三维测量仪的测量误差具有十分重要的科学及工程应用意义。通过多角度、全方面分析定量研究了相机内方位元素标定误差对几何定位误差的影响,以及相机光学系统MTF分析、点扩散函数分析、波像差分析和公差分析对匹配误差产生的影响。研究结果表明,在各种影响三维测量仪光学成像系统测量误差的因素当中,相机的传递函数是影响系统三维定位误差最主要的因素,当系统MTF_N值大于0.4 lp/mm、系统几何畸变小于1个像素,PSF能量集中在以3 μm为半径的圆环内(小于1个像素),且PSF峰值达到了0.9时,三维测量仪的定位误差可达到秒级精度。     

A contrastive study on the influences of radial and three-dimensional satellite gravity gradiometry on the accuracy of the Earth's gravitational field recovery

The accuracy of the Earth’s gravitational field measured from the gravity field and steady-state ocean circulation explorer(GOCE),up to 250 degrees,influenced by the radial gravity gradient V zz and three-dimensional gravity gradient V ij from the satellite gravity gradiometry(SGG) are contrastively demonstrated based on the analytical error model and numerical simulation,respectively.Firstly,the new analytical error model of the cumulative geoid height,influenced by the radial gravity gradient V zz and three-dimensional gravity gradient V ij are established,respectively.In 250 degrees,the GOCE cumulative geoid height error measured by the radial gravity gradient V zz is about 2 1/2 times higher than that measured by the three-dimensional gravity gradient V ij.Secondly,the Earth’s gravitational field from GOCE completely up to 250 degrees is recovered using the radial gravity gradient V zz and three-dimensional gravity gradient V ij by numerical simulation,respectively.The study results show that when the measurement error of the gravity gradient is 3×10 12 /s 2,the cumulative geoid height errors using the radial gravity gradient V zz and three-dimensional gravity gradient V ij are 12.319 cm and 9.295 cm at 250 degrees,respectively.The accuracy of the cumulative geoid height using the three-dimensional gravity gradient V ij is improved by 30%-40% on average compared with that using the radial gravity gradient V zz in 250 degrees.Finally,by mutual verification of the analytical error model and numerical simulation,the orders of magnitude from the accuracies of the Earth’s gravitational field recovery make no substantial differences based on the radial and three-dimensional gravity gradients,respectively.Therefore,it is feasible to develop in advance a radial cold-atom interferometric gradiometer with a measurement accuracy of 10 13 /s 2-10 15 /s 2 for precisely producing the next-generation GOCE Follow-On Earth gravity field model with a high spatial resolution.     

光学无线电测量信息融合定位方法

在外弹道测量系统中,将光学设备与无线电设备测量数据进行融合处理,可以提高系统的综合测量水平和设备的使用效率。利用部署在光电经纬仪附近的雷达,建立光电经纬仪和雷达联测定位模型。由全微分公式,根据测站站址差将光电经纬仪的测角信息与雷达的测距信息进行数据融合,可以得到目标相对于雷达的方位角和俯仰角,从而确定目标的空间三维位置;分析了定位模型的主要误差来源和对定位结果的影响。结果表明,光电经纬仪雷达联合定位算法得到的精度优于雷达单台定位精度,联合定位的精度达到2 m以内,同时发挥了光电经纬仪和雷达跟踪测量的长处。     

空间目标表面材料光谱双向反射分布函数测量与建模

介绍了双向反射分布函数（BRDF）的绝对测量原理和方法,选用光谱分辨率为3 nm的光谱辐射度计及精度为001°的三维转角系统,搭建了BRDF自动测量平台,对空间目标表面包覆材料在400—2500 nm的光谱BRDF进行了测量.结果表明,BRDF曲线极大值所对应的散射角度一般在镜反射方向左右,其余BRDF值随散射角变化很平缓,从中间向两边逐渐变小,近似成余弦分布.测量误差为495%.应用模拟退火算法,结合BRDF五参量统计模型,获得了测量光谱范围内各波长对应的共2101组五参量值,通过对比参量计算结果和 关键词： 双向反射分布函数 绝对测量 误差分析 参量模型