近红外空间碎片激光测距探测成功概率影响因素的研究

基于激光雷达方程和天空背景噪声估算公式推导出近红外空间碎片激光测距探测成功概率的计算公式,仿真研究了该公式中大气透过率和天空背景噪声的影响因素,经数据拟合,得到空间碎片激光测距探测成功概率的归一化表达式。在此基础上,仿真分析了太阳高度角、目标天顶角、目标轨道距离和目标横截面积对目标探测成功概率的影响。结果表明:目标探测成功概率随太阳高度角升高而减小,随目标轨道距离的增加而减小,随目标天顶角的增大而减小,当目标天顶角增加到70°时,目标探测成功概率开始急剧下降;目标轨道距离固定的情况下,目标探测成功概率随目标横截面积的增大而增大。该研究对提高空间碎片的观测效率具有一定的应用价值。

一种双视场电视/激光测距接收共光路一体化机设计

设计了一款双视场电视与激光测距接收共光路一体化机。根据应用需求,首先对CMOS、雪崩管器件选型;其次对光学、机械、电气部分进行设计,采用共用前物镜组,并利用镀有光谱分光膜的分光镜以及中继镜组,实现电视双视场与激光接收的共光路光学系统设计,电视大视场用于搜索目标,电视小视场用于跟踪目标,激光测距接收单元用于接收激光回波;然后采用主镜筒与整机壳体一体化设计,并以整体铸造方式进行加工,提高一体机整体结构强度;最后采用双H桥电机启动芯片并联设计,提高运行额定电流,并根据限位开关检测结果,实现电机对传动部件的精准限位控制。对设计结果进行分析,结果表明:设计的一体机大/小视场像质良好、像面稳定,激光测距接收单元工作状态良好。

激光测距仪多自由度集成可调装置的研制

基于测距仪激光轴竖直向上和向下两个方向的定位装夹及多自由度调节需要,设计了模块化的集成可调装置:(1)零点定位装夹模块,方便测距仪的快速固定和装配;(2)摇臂式角度调节模块,在调节过程中,确保测距仪测量基准面不变;(3)落地式和吊顶式二维移动及调平模块,适应不同工作现场的检定需要;在此基础上完成实物样机的制造装配和测试,结果表明,该装置各模块组装便捷、调节精度高,结构设计独特紧凑、重心低稳定性好,可以较好地满足大量程液位计现场校准的快速定位和多自由度调节。

基于激光测距数据的公共建筑物三维信息提取方法

常规方法进行公共建筑物三维信息提取时易出现信息提取不准确、数据分析存在误差等情况。基于激光扫描技术激光测距数据设计一种方法,对甘肃省天水市一公共建筑物的三维信息进行提取。将数据进行获取和预处理,按要求获得点云数据,根据获取的外业点云数据开展对扫描点云数据的预处理。此操作后基于激光测距数据获取建筑物边缘轮廓信息,采用Carmy算子来检测边缘并通过形态学标记,对上述检测到的边缘信息二值图像连通区域一一标记,并基于激光扫描得到的像素点计算边缘矩形尺寸。最后经过三维激光扫描和双向投影后,依据激光采样点提取建筑物三维信息。经实例分析后,对提取的数据信息与实际信息进行比较,证明所提方法可有效降低激光测量的误差,提高公共建筑物三维信息提取的准确性,具有较好的应用价值。

基于激光测距仪的智能物联网体感交互感知研究

当前的智能物联网设备在识别用户指令方面存在不足,时常需要用户多次尝试,降低了用户的使用体验和对设备的信任度。为了解决问题,提出了一种基于激光测距仪的智能物联网体感交互感知方法。首先,拟合激光波绘制结果,并利用距离变换算法设定智能物联网的体感交互方式。然后,通过误差传递公式,计算激光测距仪的协方差矩阵,依据此调整参数和测量点。最后,融合激光图像特征,识别操作者的动态指令。实验结果表明,所提方法能够显著提升智能物联网设备对体感指令的采集完整度,正确完成所有体感指令,且平均体感动作类别划分精准度高达97.02%,说明所提方法具有较高的体感交互感知精度。

基于激光测距仪的室内机器人定位方法研究

随着我国工业机器人技术的发展,成熟室内机器人的发展速度也在不断加快,定位技术是解决室内机器人导航问题的关键技术,全面优化室内机器人定位方法,不仅能够拓展系列机器人应用领域,同时也能极大提高室内机器人控制精度。激光测距仪是室内机器人定位方法,创新发展的重要推动力,激光测距仪具有数据测量精准数据获取高效等方面的优势,因此在室内机器人定位方面得到了普遍应用。相较于室外环境下的机器人定位方法,室内环境下机器人定位方法精度要求更高,同时也面临着更大的实现阻力,解决室内机器人定位问题是实现室内机器人自主导航和即时定位的关键,同时也对其他智能任务的执行具有很强的辅助作用。文章就基于激光测距仪的室内机器人定位方法展开简要分析,提出了基于激光测距仪的室内机器人定位方法优化和应用策略。

超高重频卫星激光测距时序电路实现及应用

高重频卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)具有精度高、捕获快、观测数据量大、可靠性高等优势。但随着重复频率提升至百千赫兹以上,现有测量时序电路无法达到系统运行处理速度和实时后向散射规避等要求。本文提出超高重频卫星激光测距时序电路设计方法,采用FPGA代替控制计算机进行门控距离实时计算,精确产生门控信号控制探测器开启,并使用了收发交替的方式实时调整激光点火信号以规避后向散射干扰。能够自主完成激光测距中距离门控输出时刻的计算、存储和信号输出,最高工作频率大于500 kHz,满足百千赫兹超高频率测距的要求。该系统已成功应用于上海天文台100 kHz重复率SLR,标准点精度突破200μm,验证了基于FPGA的测距时序电路的正确性和潜力。该电路设计简单、分辨率高、上位机交互方便,为百kHz~MHz的超高重频SLR系统时序控制电路设计提供有效解决方案。

基于质心定标机动信号估计GRACE-FO卫星激光测距系统TTL耦合系数

GRACE-FO卫星搭载的激光测距系统(LRI)能够以纳米级的精度测量星间距离,LRI测距误差低频部分最大噪声源来自于TTL耦合噪声.TTL耦合噪声源于卫星姿态变化与质心(CoM)和三面镜顶点(VP)偏差产生的耦合效应.本文采用线性估计模型,并利用卫星在质心定标阶段的机动信号数据,基于不同方向的子机动,采用整体参数估计和独立参数估计共三种参数估计策略,获得了合理的TTL耦合系数,结果表明TTL耦合系数满足200 um·rad^(-1)的设计指标要求.另外,将TTL耦合系数换算为质心和三面镜顶点(VP-CoM offset)偏差,可间接获得卫星质心偏差估计结果序列,且该结果序列与基于加速度计的估计结果(卫星质心与加速度计检验质量块的偏差,ACC-CoM offset)序列吻合较好,表明该方法可作为GRACE-FO卫星质心偏差估计的补充方法.

基于激光测距的橡胶树树干轮廓曲线自动化提取方法

为获取橡胶树树干轮廓曲线模型,解决割胶装备难以精准贴合树干轮廓导致作业精度差、仿形效果不理想的关键问题,提出一种橡胶树树干轮廓曲线自动化提取方法。研制橡胶树树干轮廓点云数据自动采集平台,该平台由电源模块、控制模块、驱动模块、采集模块、数据传输模块以及数据记录处理模块组成,可实现树干外轮廓曲线点云数据的自动采集、传输、记录与处理。开展橡胶树树干轮廓曲线自动化提取试验,基于统计学方差分析法,通过曲线面积对比分析树干轮廓提取精度。结果表明,连续采集30组橡胶树树干轮廓点云数据,其轮廓特征有效识别度较高,轮廓特征点位置与实际位置基本符合;轮廓曲线重复提取变异系数为0.001 3;树干轮廓曲线提取精度不受树干位置和采集方向变化的影响,该技术方案具有较强可行性。

星载光子计数激光测距雷达的实时去噪方法

星载光子计数体制激光测距雷达系统具有高重频、高精度等显著优势,但也面临原始数据量大且噪声数据占比过高的问题。为适应星上数据通道的传输能力,需压缩原始数据量并保障信号光子的查全率,因此必须发展以硬件为主体的实时去噪算法。本文提出一种粗精结合的快速去噪算法,首先基于激光器发射脉宽、系统噪声率、目标特性以及接收光子事件的局部密度信息进行粗去噪,剔除部分噪声光子;再利用直方图统计,对保留的光子事件进行精去噪,确定信号光子区间及最终的信号光子及其时间信息。通过蒙特卡洛仿真和ICESat-2实测数据对算法进行验证,测试结果表明,本算法查全率大于94%、查准率大于93%、调和平均值大于94%,运行效率提高了10%。算法可以实现光子事件的快速实时去噪,为星上硬件实时去噪处理提供了理论基础。

基于图像的水下相机阵列激光测距与拼接方法

桥梁、大坝等结构涉水部分表观的病害检测过程中,病害参数的精确测量受到水下相机阵列与其距离的影响,并且常用的图像拼接方法依赖于显著特征点,对于上述情况,本文提出将水下相机阵列与激光器结合的方法,基于图像对物距进行测量并由激光辅助拼接图像阵列。根据激光光斑在图像中的位置,分别推导了水下相机阵列平面与被观测表面平行、存在旋转角和存在俯仰角三种情况下的激光测距公式,并且依次进行图像阵列校正、重叠区域计算和图像拼接。实验结果表明,三种情况下测距误差不超过2 mm,相对误差不超过1.5%,并且较好地实现了图像阵列的校正和拼接,在基础设施水下病害检测方面具有较大的应用前景。

激光角反射器:从月球激光测距到天体探测基础设施

激光测距已成为太阳系内检验等效原理与洛仑兹破缺、测定后牛顿参数与引力常数时变等引力与相对论物理学研究的强大工具。为此,对激光角反射器在自然天体探测中的应用与发展进行了概述与分析。简单陈述激光角反射器的历史沿革后,首先介绍了数个有待或正在实施的包含激光角反射器部署的天体探测计划。其次,基于激光角反射器与激光测距资料的已有工程经验,描述了激光角反射器在天体探测中承担的科学任务与关键技术问题。最后,以本世纪新一代激光角反射器与收发光源革新为背景,预测了激光角反射器及其激光测距的发展趋势,并针对无人与载人月球探测,对激光角反射器在新阶段天体探测中的使用提出建议。

激光测距机在线能量监测系统设计

本文基于无人值守条件下对激光测距机发射能量进行直接人工测量较为困难,为了防止激光器能量下降影响激光测距机性能,需要对测距机工作状态进行实时监控这一需求设计了激光测距机在线能量监测系统。对能量探头的结构与检测位置进行了研究,并设计硬件电路实现能量测量。本文设计的在线能量监测系统可以在不影响测距机测距能力的情况下实现kHz量级重频激光测距机的宽量程实时能量监测,并满足小型化、集成化设计要求。

多路绝对激光测距仪精密三维控制网的建立与解算

建立高精度三维控制网是实现大型粒子加速器等精密工程测量的前提条件,目前主要通过间接测量两点间距离或者自由设站实现,而多路绝对激光测距仪可在0.02~30 m范围内直接测量空间中两点间距离,利用高精度绝对测距值可建立高精度的三维测边控制网。基于多路绝对激光测距仪高精度绝对测距性能,建立仅含控制点间距离的秩亏自由网平差模型,通过任意初值选取,应用改进的LM算法迭代求解非线性超定方程组实现坐标概算,得到方程组的一组解作为未知数的近似值进行整网平差,获得高精度控制点坐标。实验数据分析表明,在8 m×3.5 m×2.5 m的实验范围内,建立控制点平均点位精度优于±1.14μm的三维测边网,可满足现代工业生产中对安装定位的高精度需求。

基于ESP8266模块的叉车激光测距装置设计与实现

叉车是重要的物料运输基础装备,为生产带来便利的同时,其作业安全不容忽视。本文依据叉车的操作间隙与安全区域特征进行分析,以三角法激光测距为理论依据,使用ESP8266模块为主控芯片,设计了ESP8266、CCD传感器、OLED屏及蜂鸣器的接口电路及控制程序,实现3种测距范围的不同控制及显示形式。并将该装置应用于某机械厂的锂电池平衡重式又车中,在叉车的前工作面及尾部进行了距离测量测试,结果证实该装置的平均测量误差小于5毫米,满足测距及安全驾驶提醒的要求,能实现叉车作业安全的动态监测及预警功能。

基于激光测距的标贯自动记录系统研究

随着现代工程技术的发展,地质勘探和钻探作业在土木工程、矿业开采等领域中扮演着至关重要的角色。然而,传统的地质钻探作业存在着效率低下、安全隐患较多、数据采集不准确等问题,亟待解决。为了提高地质钻探作业的效率和安全性,笔者旨在探讨基于激光测距技术的标贯自动记录系统的设计与应用,以期为地质勘探行业的现代化和智能化发展提供有益的借鉴。

基于激光测距的压力容器失圆率检验方法

针对目前在役压力容器失圆率检验困难、精度不高等问题,将目前较为成熟的激光测距技术应用于压力容器最大内径差测量及失圆率检验。将3个测距精度为1 mm的微型TOF400F激光测距传感器搭载于一根可伸入容器内部的测量杆中,旋转1周采集测距数据;之后对数据进行投影变换和使用最小二乘法拟合圆,进而得到压力容器筒体截面直径。变换后找到数据最大内径差,从而计算得出失圆率。相较于传统人工使用钢卷尺和千分尺测量,所提方法精度和可信度都显著提高,为解决压力容器失圆率的检验问题提供了一种新的解决办法。

基于精密激光测距技术的旋翼桨毂离心试验台限位行程传感器校准方法研究

论述了用于旋翼桨毂大修装配调试阶段承担模拟旋翼桨毂在低、高转速状态下,离心限动块打开和复位试验的离心试验台的工作原理,确定了旋翼桨毂多次打开、复位试验仍不满足工艺要求的原因为离心试验台限位行程测量不准,致使离心限动块打开和复位试验出现误判,最终影响装备的修理质量和进度。针对此问题,提出了一种基于精密激光测距技术的离心试验台限位行程传感器的校准方法,可实现离心试验台限位行程传感器的精准计量,测量精度达±1μm,测量不确定度为0.006μm+1.92×10^(-5)L。

高精度激光测距下的机器人自主避障控制

在机器人自主避障过程中,由于传感器数据的误差会降低机器人感知和决策的准确性,从而影响机器人自主避障能力;为此,提出高精度激光测距下的机器人自主避障控制方法;通过设计机器人体系结构,建立机器人运动学模型,为机器人避障控制提供依据;采用高精度激光测距技术,构建机器人移动场地地形;通过自适应阈值方法,完成机器人的自主避障控制;实验结果表明,所提方法的机器人自主避障控制效果好,且障碍物位置测试值与实际位置值的误差保持在0.4 m以内,具有较高的避障控制精确度。

基于激光测距仪和视觉识别的二十辊轧机卷取机自动上卷

为解决现有自动化上卷系统存在的精度不高、效率低下等问题,通过引入激光测距仪和视觉识别技术,提出了一种基于激光测距仪和视觉识别的二十辊轧机卷取机自动上卷方法。首先,通过激光测距仪对卷取机所卷取材料的直径进行实时测量,提供准确的钢卷宽度数据,通过激光测距仪和小车升降编码器得到钢卷直径。接着,通过视觉识别技术对钢卷的内径及卷取机芯轴进行比较,判断出钢卷高度偏差值进行精确调整,增加了自动上卷成功率。