单目移动机器人相对位姿估计方法

针对单目机器人在运动过程中，相邻关键帧之间基线过短造成的相机相对位姿无法恢复的问题，提出了一种利用已知特定参照物迭代优化本质矩阵，从而快速分解出机器人相对位姿的方法。该方法首先利用已知特定参照信息获取本质矩阵估计值，然后通过相邻关键帧之间匹配的特征点组和本质矩阵估计值对本质矩阵迭代优化，最后通过本质矩阵的约束关系求得平移向量估计值，利用基于李群的姿态表示得到旋转矩阵估计值，并进一步优化得到唯一解。该方法避免了由于基线过短而无法恢复相机相对位姿的弊端。实验结果表明，该方法可快速解算并优化机器人相对位姿关系，且相对位移估计绝对误差小于0.03 m，优于传统方法。     

Regenerated fiber Bragg grating for fiber laser sensing at high temperatures

Thermally regenerated low-reflectivity fiber Bragg gratings(RFBGs), as one mirror of a resonant cavity, have been introduced as linear-cavity fiber lasers combining with fiber saturable absorbers. The output of lasing presents an optical signal-to-noise ratio of 50 dB and temperature sensitivity coefficient of 15.36 pm∕℃ for the heating process and 15.46 pm∕℃ for the cooling process. The lasing wavelength variation and power fluctuation at 700℃ are less than 0.02 nm and 0.21 dB, respectively. The RFBG-based fiber laser sensing has displayed good linearity for both the temperature rising and cooling processes, and favorable stability at high temperatures.     

基于自反馈光注入结构的双波长可调谐掺Er3+光纤激光器

为了实现可调谐双波长激光输出,提出并设计了一种基于自反馈光注入结构的掺Er3+光纤(EDF)激光器,并对激光器的基本原理及实现方案进行了理论分析和实验验证。系统结构设计采用976nm波长的LD作为泵浦源,结合EDF,两支光纤布拉格光栅(FBG)和光纤环形镜(FLM)产生激光,并通过在FLM中熔接饱和吸收体(SA)起到稳频作用;将FLM输出激光耦合进入谐振腔形成自注入结构,与腔内振荡激光形成干涉,抑制模式跳变;通过控制两支FBG之间的可调谐衰减器调节谐振腔内的增益和损耗,实现单个波长或双波长输出。实验结果表明:SA长采用4m、EDF长采用6m时,激光输出阈值为28mW,将反馈光注入谐振腔后,系统阈值为25mW,输出激光波长随时间漂移得到明显抑制;当泵浦光功率为80mW时,通过调节位于两支FBG之间的可调谐衰减器(VA)获得稳定的双波长激光输出;随着泵浦功率增加,激光输出功率具有良好的线性度和稳定性。在1 540nm波长处激光输出最大功率为1.16mW,信噪比(SNR)大于50dB;在1 545nm波长处激光输出最大功率为1.89mW,SNR大于50dB。     

摄影测量相机成像模型参数的单图标定方法

为研究热控措施下温度波动引起的相机成像模型参数变化规律问题，提出了一种摄影测量相机成像模型参数的单图标定方法。摆放多张不同位置及姿态的同规格同精度标定板于相机视场内，为相机单图标定提供大量不同深度不同姿态及不同位置的已知空间点阵约束信息，在有限空间内的连续时刻分别采集单张标定场景图像，通过多站位光束平差算法实现连续时刻下相机成像模型参数的标定。实验结果表明，此标定方法的空间点像面反投影误差标准差为0.48μm,标定精度为1/15像素，可为后续变温条件下相机成像模型参数变化规律的探究提供准确的温度与相机参数相对应的数据集。     

浮空器柔性复合蒙皮形变光纤布拉格光栅传感器应变传递特性

为提高浮空器气囊蒙皮形变光纤布拉格光栅监测的应变传递效率,研究了柔性复合蒙皮光纤光栅应变传递特性。针对柔性复合蒙皮材料结构特征,建立了“光纤光栅—粘贴层—蒙皮结构”三层应变传递模型,推导出应变传递变化函数,通过解析方法和有限元方法对光纤光栅传感器各点应变传递率进行了计算,并分析了粘贴层及蒙皮结构相关参数对应变传递率的影响,得出表面粘贴式光纤光栅传感结构最佳封装参数。研究结果表明,对于传感器中部的应变传递效率,解析和数值方法计算误差小于5%,当粘贴层弹性模量为0.5 GPa、粘贴长度为40 mm、粘贴宽度为6 mm、上下粘贴层厚度分别为0.2 mm和0.1 mm时,光纤光栅应变传递模型封装参数优化后的应变传递率可达97.04%,可满足浮空器气囊形变监测的灵敏度要求。     

遥感卫星结构在轨热应变光纤光栅监测方法

遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变,严重影响探测精度,而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题,提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析,得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统,对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验,测试分析热应变光纤监测精度,验证了方法的有效性。研究结果表明,在?120~120 ℃温度变化范围,利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%;在30~100 ℃局部热加载作用下,结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。     

基于PCIe总线的数据采集卡设计与实现

为了实现对多路高速光信号采集,利用FPGA设计基于PCIe总线的数据采集系统。对PCIe总线低速Slave通道与高速DMA通道的关键算法进行了研究。首先,介绍了数据采集卡的硬件构成及基本工作原理,提出了PCIe总线算法需要解决的数据传输问题;然后,分析数据采集卡PCIe总线低速Slave通道和高速DMA通道原理以及实现的关键算法。通过Modelsim和SignalTap工具分别对数据传输算法进行功能验证和在线仿真;最后,将设计数据采集卡互联PCIe上位机进行实际测试。实验结果表明,本设计PCIe总线采用X4接口模式,数据传输系统的数据上传峰值速率为615.38MB/s,可以满足稳定可靠、高带宽、模块化等要求。     

大视场摄影测量相机的相对定向

为了提高大视场摄影测量系统的测量精度和稳定性,提出一种基于局部迭代搜索算法的相机相对定向方法,仅需要两幅图像间匹配的像面坐标信息,就可以计算相机之间精确的相对外方位参数。通过闭环多项式解法获得两图像之间本质矩阵的初值;将本质矩阵进行局部迭代,计算正交矩阵和外极线约束误差方程;利用两图像上所有匹配点的像面坐标,通过多次迭代获得本质矩阵的全局最优解;分解本质矩阵获得图像之间的相对外方位参数,并结合Cheirality约束条件确定外方位参数的唯一真实解。通过6m×4m×3m可展开桁架微波天线面形测量场的定向实验,验证了提出方法的测量精度和可靠性。相比于传统的相对定向方法,基于局部迭代搜索算法的相对定向方法具有较高的初始定向精度和稳定性,平移向量误差小于5mm,旋转角度误差小于0.1°,而且消除了对于参照物的依赖,对于提高摄影测量系统的性能具有重要意义。     

航天器薄膜充气天线面形的视觉测量方法

利用视觉测量的方法,对直径3.5 m的薄膜充气天线进行了高精度测量,测量过程分为空间点坐标计算、薄膜充气天线面形的拟合及精度分析.测量结果表明,该方法的相对精度达到1/2,000.     

基于1556 nm光纤激光器频率分裂效应的应力测量

光学元件在红外波段的应力-光学常数是众多光学系统关心的问题之一.本文提出一种基于1556.16 nm掺铒光纤激光频率分裂效应的光学玻璃内应力致双折射测量方法.选择平面介质膜腔镜和光纤光栅(FBG)构成线形半开放式谐振腔,并分析了光纤自身弯曲引入谐振腔内的双折射.将待测光学玻璃附带力传感结构放置在谐振腔内,结合Jones矩阵传递方程得到了外载荷所致双折射与空腔双折射的叠加模型.对光学玻璃的载荷从0逐级递加到20 N,内腔的频率分裂量增加,根据双折射叠加模型和频率分裂原理解出应力与频率分裂量的对应关系,且该结果可溯源到基本物理量—波长.实验结果表明,系统灵敏度为22060 Pa/nm,线性度为99.44%,可广泛应用于红外波段的光学元件双折射精确测量.