应用于激光扫描投影仪器的动态聚焦技术研究

为了实现激光投影仪器或系统的自动聚焦，研究搭建了激光动态聚焦系统。该系统可依据背向反射光强信号的变化调节聚焦系统的镜组间距，使激光扫描投影系统能够在不同距离的投影面上聚焦出最小光斑，从而提高系统的定位精度。根据激光动态自聚焦系统的原理，设计了光学杠杆型和反远距型2种动态自聚焦方案，并推导出相应的数学模型；利用ZEMAX光学设计软件进行仿真实验，通过比较得出响应更加灵敏、结构更加合理的自聚焦系统；搭建新型自聚焦激光扫描投影系统对动态自聚焦性能进行了验证。实验结果表明:反远距型动态自聚焦系统更加合理，在4.5 m处的投影面上，汇聚光斑直径最优可达0.2 mm，可使激光扫描投影仪在进行辅助装配时的定位准确度提高至0.1 mm，能够达到先进制造装配工程中零部件的精准定位要求。     

低轨四星时差定位技术研究

文章重点分析影响低轨四星时差定位系统精度的主要因素;首先,从四星时差定位的基本原理出发,对四星时差定位的模型和几何精度因子进行了详细的推导,并通过仿真分析了四星构型、时差测量精度、卫星位置误差、基线长度、星座投影面积等对四星时差定位系统精度的影响;通过比较可知,在相同参数条件下,采用Y形构形,减小时差测量误差、提高卫星定位精度、增加基线长度,增大星座投影面积均等均能够提高该系统的定位精度;在低轨四星定位系统应用场景中,四星构型、卫星绝对位置测量精度、基线长度以及星座投影面积对四星时差定位系统精度影响较大,时差测量精度和卫星相对位置测量精度对四星时差定位系统精度影响较小;而在实际任务中应权衡各因素的效费比,来保证定位精度。     

IGES文件B样条曲线的激光扫描投影方法研究

激光扫描投影系统可以通过在目标面上投影出待投影零部件轮廓线框的方式来辅助工人装配,使用该系统进行辅助装配可以有效解决由传统装配方式所引起的效率慢、精度低等问题.为了解决自研激光扫描投影系统不能直接读取零部件外形数模,影响激光扫描投影系统的实际应用价值,拖慢工作效率等问题.提出了IGES文件B样条曲线的激光扫描投影方法研...     

基于PROA-BP的激光3D投影振镜偏转电压预测模型

为减小激光3D投影系统振镜偏转角偏差与根据振镜偏转角标定的转轴公垂线长度e误差引起的投影系统综合非线性误差,实现激光3D投影系统高精度辅助装配,提出一种基于改进的?鱼优化算法-BP神经网络的激光3D投影振镜偏转电压预测模型,以激光出射方向单位矢量作为输入预测振镜偏转电压数值。将改进的?鱼算法与BP神经网络相结合,解决BP神经网络容易陷入局部最优解问题,并通过BP神经网络实现激光3D投影系统综合非线性误差的耦合与补偿。结果表明,改进的?鱼算法-BP神经网络训练10 000次后均方差误差和平均绝对误差均值分别是粒子群算法-BP神经网络的41.2%、62.4%,是BP神经网络的22.2%、50.7%。基于改进的?鱼算法-BP激光3D投影振镜偏转电压模型的投影定位精度为0.35 mm,与激光3D投影传统模型相比,投影定位精度提升了30%,可实现更高精度投影定位。     

基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法

亚像素软件处理技术可以在一定程度上补偿图像测量系统由硬件限制引起的边缘定位精度,提出了一种基于Zernike矩的亚像素边缘定位算法。该算法利用Zernike多项式的正交性与完备性以及复数矩幅度的旋转不变性计算出边缘的亚像素位置。计算出了像素为正方形与矩形(长宽比为4∶3)时的矩模板,使其应用范围进一步扩大。分析了由于矩模板产生的原理偏差,并提出了修正公式,使定位精度得到提高。进一步推导出了实际边缘模型的定位公式,导出了其存在的偏差,并进行了补偿。最终的实验结果表明,补偿后的算法对直线的定位精度达0.05像素,对曲线的定位精度可达0.07像素。     

水平重力异常对惯性定位定向系统定位精度影响分析

对于高精度定位定向系统而言,其零速修正定位精度受到行驶路线中水平重力异常变化的影响。从惯性导航误差机理、零速修正原理等方面理论分析水平重力异常对定位定向系统定位误差的影响,得到其误差传递公式。为验证误差传递公式的准确性,在重力异常试验区内进行了实物验证,验证了水平重力异常对定位定向系统定位精度的影响机理,通过重力异常补偿实现了在重力异常区域水平定位误差小于1 m。为今后进一步提升定位定向系统定位精度提出了新思路。     

基于IGES的激光扫描投影文件解析方法研究

激光扫描投影仪能够实现待装配零部件线框轮廓的精准位置投影,能够大幅度改善由传统装配方式所引起的精度差,效率低等问题。为了在自主研发的激光扫描投影系统中实现可直接读取IGES（初始化图形交互规范）格式的三维数模激光投影,研究了多特征图元提取和文件自动生成方法。该方法通过提取待投影线框图形的点、线、面等数据特征,以元胞的方式存储在.ply格式文档中,通过.ply文件对数控开关进行延时控制以及对二维振镜轨迹进行操控,实现更加智能化地控制激光扫描投影。应用12个IGES格式图元的投影实验验证,该方法可实现所有图元清晰投影且激光轮廓线宽优于0.3 mm,通过这种新型投影系统可提高车间装配生产效率,改善装配精度。     

基于地理位置信息的图像配准方法及精度分析EI北大核心CSCD

针对传统图像配准技术难以对海洋、沙漠、草原等特征不明显区域航空遥感图像进行配准的问题,提出了一种基于地理位置信息的航空遥感图像配准算法。依据载机定位定向系统测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息,利用齐次坐标变换的方法求解配准点在大地坐标系下的投影。利用世界大地坐标系-84坐标系定义的地球椭球模型确定匹配点的经纬度信息,将相同地理位置信息的配准点进行配准。采用蒙特卡罗法仿真分析了载机姿态位置信息及框架角位置信息对配准精度及定位精度的影响。采用实际的航空遥感图像进行实验,结果表明,在载机飞行高度低于2000m,拍摄倾斜角小于18°时,配准精度可优于3m,遥感图像中的海上控制点的定位精度优于35m。     

基于图象灰度分布的边缘中心定位算法

提出了一种对图象线性边缘检测的精确定位算法,传统方法是基于系统分辨率的定位方法,其精度最高只能达到一个象素.该算法利用了图象象素的亮度信息,用概率分布方法进行定位估值,使定位精度小于一个象素,即在较低系统分辨率的情况下,获得较高分辨率的定位精度,用此算法设计的自动测量系统,在实际使用中取得了令人满意的结果.     

海洋声学环境下水中声源的时延估计法定位精度分析

水中声源的定位精度受到海洋声学环境的重要影响。结合海上试验的实际应用,分析了水下观测平台采用时延估计法对声源的定位精度问题。根据理论分析,计算了时延估计误差、海洋中声速不均匀、平台非稳性、及声传播起伏等因素引起的俯仰角和方位角误差。利用误差传递公式,获得了上述因素引起的不同平台深度下,不同距离声源的定位误差。比较了采用平面阵与立体阵、是否补偿声线弯曲效应等条件下定位误差的变化,并通过海上试验结果进行了部分验证。研究结果表明,海洋声速不均匀对定位误差的贡献最大。采用立体阵代替平面阵、测量海洋声速剖面并补偿声线弯曲引起的定位误差,在1000m距离上可使定位相对误差从最大30%降低到约10%,有效提高了较远距离上的定位精度。研究结果对于采取措施提高水中声源的定位精度有指导意义。     

结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法

为了提高视觉测量系统的自动化水平和测量精度,提出了一种结合模板匹配和梯度峰值的对角标志自动提取方法。使用旋转不变模板匹配方法得到原始图像与标准模板的相关系数矩阵,通过两次阈值筛选获取标志点候选位置。根据两条直线相交于标志中心处以及中心处灰度梯度存在多个峰值的特性,剔除非合作标志点,得到对角标志点初始坐标。通过生成对角标志理想相关模板,利用相关系数拟合极值法进行亚像素定位。实验结果表明,该方法可以正确提取复杂环境下对角标志或棋盘格图像中的角点,而且需要人工调节的参数少、稳健性强、定位精度高且通用性好,可应用于工程实践中环境光源变化较大的测量场合。     

基于地理位置信息的图像配准方法及精度分析

针对传统图像配准技术难以对海洋、沙漠、草原等特征不明显区域航空遥感图像进行配准的问题,提出了一种基于地理位置信息的航空遥感图像配准算法。依据载机定位定向系统测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息,利用齐次坐标变换的方法求解配准点在大地坐标系下的投影。利用世界大地坐标系-84坐标系定义的地球椭球模型确定匹配点的经纬度信息,将相同地理位置信息的配准点进行配准。采用蒙特卡罗法仿真分析了载机姿态位置信息及框架角位置信息对配准精度及定位精度的影响。采用实际的航空遥感图像进行实验,结果表明,在载机飞行高度低于2000m,拍摄倾斜角小于18°时,配准精度可优于3m,遥感图像中的海上控制点的定位精度优于35m。     

基于RSSI的无线传感器网络定位系统设计与实现

基于窄带无线信号的路径损耗和阴影衰落,直接建立多个锚节点接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)值与待定位节点未知坐标估计量的解析关系,避免传统RSSI定位方法中常用的对两节点距离量的直接求解,减少信息丢失,提高定位精度。仿真分析了锚节点数量、遮挡因子、路径损耗指数等对定位精度的影响。采用CC2530无线传感芯片实现基于RSSI的无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)定位系统。系统采用8个锚节点分别在边长4米和10米的两个正方形区域内展开定位实际测试,结果显示其平均定位误差可分别降到0.175米和0.824米。     

机载光电系统的地面多目标定位算法

传统的单目标地理定位方法无法适应现代战场态势实时多变、目标数量多的情况。为了提高目标定位效率,在单目标地理定位的基础上,给出一种适用于机载光电侦察系统的半主动多目标定位算法。通过建立初始东北天坐标系、飞机东北天坐标系、飞机机轴坐标系、光电稳瞄坐标系和多目标投影坐标系,同时结合目标相对方位、俯仰角度,得到了一系列欧拉角坐标转换公式,可以同时计算出多个地面目标的经纬度。计算机仿真结果表明:该算法能够对同一视场内的多个目标同时进行定位,即具有多目标定位功能。由于像素偏差增加了坐标转换累积误差,次目标定位精度略低于主目标定位精度。     

TDI-CCD全景式航空相机对地目标定位的算法

为准确获取摄影区域地理位置信息,针对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)全景式航空相机未配备激光测距仪的情况,提出一种直接对地目标定位算法。依据机载定位定向系统(POS)测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中编码器测量的俯角、位角信息,利用齐次坐标变换求解成像系统视轴(LOS)在地理坐标下的指向角以WGS-84坐标系下定义的地球椭球模型为基础,利用地球椭球计算理论确定目标区域经纬度信息。采用蒙特卡罗方法仿真分析了载机姿态角测量误差以及相机俯角、位角误差对视轴指向角计算精度的影响;着重分析了摄影倾斜角和目标区域地形起伏对对地目标定位精度的影响,指出摄影倾斜角和目标区域地形起伏越小,定位精度越高。采用飞行实验验证了该对地目标定位算法的有效性,在飞行高度为17750m,摄影倾斜角在63°~75°范围内,对地目标定位圆概率误差小于212.96m,可满足工程实际需要。     

基于形态学的人工标志中心亚像素定位方法研究

在使用圆形人工标志的计算机视觉检测中,标志的定位精度直接影响到检测的整体精度。以往的中心定位算法对人工标志的中心定位精度差、速度慢,已不能满足精密、快速的检测要求。在经典数学形态学的基础上提出采用改进的扩展形态学的方法提取圆形人工标志的边缘,通过最小二乘拟合方法计算人工标志中心。该方法具有精度高和速度快的优点。实验表明其定位精度在0.02~0.03像素之间,能够满足高精度计算机视觉检测的要求。     

车载光电侦察系统目标定位及误差分析

车载光电侦察系统在目标定位过程中,由于光电平台、惯导系统的工作方式及安装位置差异,在建立光电平台坐标系、惯导系统坐标系、本地坐标系、地心坐标系、基于参考椭球的经纬度表示等一系列坐标系基础上,推导出目标定位模型,计算出目标的经纬度和高程,实现对目标的精确定位。通过模型对光电侦察系统的主要误差源进行分析和试验仿真,结果表明该模型能够保证对目标定位精度的要求。外场实验结果表明:系统目标定位精度优于15 m。     

基于投影和重采样技术的目标旋转角度测量方法

精密电子组装中贴装元件的检测定位通常采用针对元件形状特征的分析方法。但是随着贴装元件形状的多样性,使得基于元件形状特征分析的检测定位变得困难。提出了一种新颖的基于投影的目标旋转角度测量方法。首先预先精确建立元件目标投影长度与旋转角度之间的关系,然后检测运动目标的投影长度,最后通过查找建立的投影长度与旋转角度之间的关系,即可确定角度旋转量。为了提高该方法的定位精度,采用图像重采样技术来提高角度检测精度。实验结果表明了该方法的有效性,旋转角度测量具有快速、高效和高精度的特点。     

无线传感器网络AMRSSI加密调制定位算法研究

RSSI定位技术在无线传感器网络实际应用中,由于环境的开放性,信号很容易受到敌方的攻击,从而使系统的定位产生错误;通过对RSSI测距定位模型进行分析,提出了基于RSSI新的加密调制定位算法AMRSSI,该定位算法计算简单、保密性强、受外界干扰小;仿真实验表明该算法较普通的基于RSSI的测距方法定位精度上有了明显的改进,适合在通信开销小、硬件要求低的传感器网络节点上应用。     

影响光电侦察系统目标定位精度因素分析

以机载平台作为研究对象,通过分析光电侦察系统实现目标地理定位的原理,得出影响光电侦察系统目标地理定位精度的主要因素,即系统的位置误差、姿态误差、航向误差及侦察系统距被测目标的距离等,推导出了光电侦察系统对目标地理定位的误差模型。对目标定位精度与光电侦察系统的航向误差、姿态误差关系的分析和仿真结果表明,光电侦察系统的航向和俯仰角精度是最关键的因素,惯导系统的航向误差控制在0.02°~0.5°,姿态误差控制在0.01°~0.25°之间较为合理,最后提出了提高目标地理定位途径的建议。