单目标旋转摄影方法标定图像全站仪相机

为了实现图像全站仪望远镜相机和广角相机的高精度标定,采用单目标旋转摄影法推导了旋转摄影模式下图像全站仪的相机标定模型,并对模型参数展开相关性分析,针对其中存在的参数耦合问题,提出了双盘观测法进行参数解耦;对单目标旋转摄影方法的可行性进行了实验验证,取得了图像全站仪望远镜相机和广角相机的高精度标定结果。结果表明,标定得到的相机参数可用于不同摄影距离的图像测量,望远镜相机标定点重投影误差平均为1.0 pixel,对应图像角分辨率达2.0″;望远镜相机定焦摄影时标定点重投影误差平均为0.15 pixel,对应图像角分辨率达0.3″;广角相机标定点重投影误差平均为0.6 pixel,对应图像角分辨率达13.3″。该研究对提高图像全站仪的图像测量精度及拓展其相关应用有一定参考意义。

测量机器人动态测量技术及应用研究

研究测量机器人动态测量技术。在基于测量机器人软件内核开发的基础上,提取测量机器人毫秒级高精度的内部时间,使时间的分辨率由秒量级提高到毫秒量级;通过实验测试,给出单次测量时间和测量时滞的定量结果,使测量时刻的精度由1秒提高到几十毫秒;对影响动态测量精度的相关因素进行实验分析,为优化测量方案和提高动态测量精度提供重要参考依据。实践表明,基于测量机器人开发的动态测量系统,在50m尺度上,对2cm/s的低动态目标,可以实现±2mm精度的无接触精密动态测量。

基于图像全站仪的天文大地垂线偏差测量及其精度分析

高精度天文大地垂线偏差在地球重力场模型精化、区域大地水准面模型验证等领域具有重要的应用。目前,数字天顶仪是最为常用的天文大地垂线测量仪器,但存在结构复杂、体积庞大、设备笨重、价格昂贵、运输不便等缺点。本文提出了一种利用图像全站仪实现高精度、全自动垂线偏差测量的方法。简要介绍了垂线偏差测量的基本原理和数据处理方法,并利用Leica公司生产的TS60图像全站仪,在河南郑州和陕西泾阳进行了为期1 a共计23个夜间的野外试验。结果表明,观测时间为12 min时,垂线偏差的内符合测量精度达到0.18″~0.23″;观测时间增加到96 min时,内符合精度提升至0.13″~0.19″,外符合精度优于0.2″。与数字天顶仪相比,图像全站仪兼具了测量精度和效率,甚至具备单人观测的条件,因此具有广阔的推广应用前景。

大射电望远镜馈源系统50m模型外界激励响应的检测及分析

大射电望远镜(FAST)馈源索支撑系统由于自身索系结构的柔韧性,风载、冰雹等外界激励使得馈源平台有着不同频率响应和位移响应。外界激励对馈源系统的位移响应及频率响应的抑止是最终实现馈源平台在500 m尺度实现4 mm控制精度的关键。馈源系统对外界激励的位移和频率响应特性的理论分析和模型改正,需要通过模型实验进行验证,目前振动检测主要采用加速度计对振动的幅频进行测量,由于加速度计观测量是相对于加速度计本体坐标系下测量的,无法实现统一坐标系下的运动学分析,本文针对这一问题,采用测量机器人测量技术对50 m尺度模型馈源外界激励响应进行检测,可获得统一坐标系下的振动位移,实现运动学分析。实验中,实测数据的分析获得的馈源系统对外界激励的频谱响应特性与加速计检测结果一致,验证了该方法的正确性和有效性。

360°棱镜的结构性能及定位精度分析

介绍了徕卡360°棱镜定位原理和结构特点,对该棱镜的性能指标(主要是棱镜的定位精度)进行了全面、系统的测试;给出了该棱镜定位精度的主要误差来源及其误差的大小和性质。首次发现徕卡360°棱镜的上棱镜面和上棱镜面的反射中心不一致,在垂直方向上存在5 mm的定位互差。分析了该棱镜偏转对棱镜定位精度的影响以及定位误差的变化规律,并给出其变化的原因。这为该棱镜的应用场合和使用方法提供了参考依据。建议在测量中尽可能地观测该棱镜的正对同一棱镜面,以避免不同棱镜面定位差别和棱镜偏转带来的影响。

FAST射电望远镜天文轨迹规划

针对我国500 m球面射电望远镜天线(FAST),提出了一体化天文轨迹规划;给出了详细的数学模型及推导分析。相对于当前采用的FAST轨迹规划,该方法使得馈源位置和反射面位置的控制误差可以相互补偿。指出当馈源系统和反射面系统具有相同的测控延迟误差时,并不影响FAST天线的性能。

大射电望远镜馈源系统精调平台位置基准标定

Stewart并联机构作为大射电望远镜馈源系统的二次精调平台,由于馈源舱体的运动特性,精调平台的位置基准在测量坐标系下不断变化。针对大射电望远镜馈源系统精调平台位置基准的实时确定,给出了实用的测量方案及解算模型。在大射电望远镜馈源索支撑系统50 m缩比模型实验中得以应用。

超大视场太阳敏感器图像质心提取算法

太阳图像质心提取是利用太阳敏感器进行天文导航的关键技术之一,直接决定了太阳敏感器的观测精度.针对超大视场太阳敏感器非圆形太阳图像质心提取问题,首先提出像面椭圆拟合算法,较好地解决了椭圆及近似椭圆形太阳图像的质心提取问题,然后进一步提出了球面圆拟合算法.该算法根据相机的投影和畸变模型,将太阳图像的边缘点映射到物方空间,对物方空间的边缘点进行球面圆拟合,从而确定太阳质心位置.在估计球面圆拟合算法的精度时,需要将太阳质心位置映射回像面.理论上,球面圆拟合算法不再需要顾及太阳图像的形状,算法更为严谨.将椭圆拟合算法和球面圆拟合算法应用到实测的太阳图像质心提取中.结果表明,椭圆拟合算法更适合处理半视场角70°~80.3°的太阳图像,平均精度约为0.075pixels;球面圆拟合算法更适合处理半视场角大于80.3°的太阳图像,平均精度约为0.082pixels.

三维激光扫描仪在抛物面天线测量中的应用研究

目前大口径抛物面天线的测量方法为采用经纬仪或者全站仪的标志点测量,这种测量方法需要在天线表面粘贴标志点,而且不能获得抛物面天线的全部表面信息。三维激光扫描仪具有无需合作目标、获取信息量大的优点,研究采用三维激光扫描仪对抛物面天线进行测量。分别用三维激光扫描仪和全站仪对小型抛物面天线进行测量试验,对测量数据进行抛物面拟合,并对拟合结果进行分析。试验表明,三维激光扫描仪对抛物面天线面形描述比较全面,面形拟合精度比较高。

时空参考系中的坐标和时间单位

针对目前时空参考系中关于坐标和时间单位的一些模糊认识,回顾了国际单位制SI与计量基准的定义及其发展,分析了国际计量局(BIPM)对测量单位SI米和SI秒的新定义,得出了在原时的单位采用SI秒时,各种时空参考系中的坐标量(坐标时和空间坐标)的单位均可认为是SI秒的结论。同时通过分析,明确了目前太阳系历表中使用的天文单位系统在时空参考系中的使用方法。

基于TLE的空间目标碰撞预警计算

地球轨道上数量日益增长的空间飞行物体对在轨航天器及人类航天活动构成了严重威胁。分析了空间目标两行轨道根数(TLE)的格式及构成;阐述了相应的SGP4/SDP4轨道近似解析解模型算法;提供了轨道坐标系和惯性坐标系之间的转换关系;利用TLE数据和SGP4/SDP4模型进行了空间目标碰撞预警计算。该方法对于航天器初步威胁评估具有重要意义。

鱼眼相机矢量观测检校模型及其应用

提出了一种基于矢量观测的鱼眼相机检校新模型。该模型中的基本观测量不仅包括半视场角,而且包括方位角。在模型中引入罗德里格矩阵,采用3个罗德里格参数表示外方位元素,简化了观测方程的形式及运算。采用实测的星图数据对新模型与基于半视场角约束的检校模型进行比较,结果表明新模型在约束方位角误差方面具有明显的优势,在约束半视场角误差方面略有不足。建议在实际应用中首先采用基于半视场角约束的检校模型确定径向畸变参数,然后再采用新模型求解其他相机参数。

岁差章动量的关系与坐标转换方法

国际天文联合会(IAU)2006决议1推荐采用P03岁差模型代替IAU2000A岁差模型,该模型的岁差参数由用户选择。针对这一决议,绘制了表示岁差章动参数之间关系的天极图和分点图,讨论了与目前决议相一致的坐标转换规律,并对岁差章动参数的各种选择方案及其特点进行了详细研究。这不仅为新决议中P03岁差模型的推广应用提供了有力的支持,同时也进一步明确了各种岁差章动参数之间的关系及其在实用中应注意的问题。

提取计算机内部高精度时间用于同步测量

探讨了计算机内部时间产生原理和特点 ;提出了获取计算机内部高精度时间用于时间测量或测量同步的几种方法 ,并对其计时精度进行了检测实验和分析。结果表明 ,基于BIOS中断的计时 ,其精度约为 5 5ms ;用底层语言读取 82 5 3(或 82 5 4)计时芯片通道所求出的时刻精度为 2× 10 -3s ;而通过读取 6 4位高分辨率性能计数器的计数值及计数频率来求定时间段 ,其精度可达到 2× 10 -6s。且随着计算机技术的发展 ,计时精度有不断提高的趋势。

无需初值及迭代的天文导航新算法

天文导航中经典的高度法需要给定测站的初始坐标,通过迭代计算获取测站的精确位置,且只能用于定位,而不能用于定向。从坐标转换的角度看待天文导航问题,通过引入罗德里格矩阵,提出了一种无需初值及迭代,且能够同时实现天文定位定向的导航算法。推导了新算法的所有计算公式,并给出了精度估计表达式。仿真计算结果表明,提出的方法不仅计算简便,而且实现了位置和航向的同时解算。与传统的高度法相比,新算法的定位精度提高了20%-40%。

精密三维测边网在FAST基准控制网中的应用

针对纯几何意义下的三维短边测边网中观测时段、仪器结构、量高误差及气象参数等因素对测距的影响进行了分析研究,提出了旨在提高斜距测量精度的措施,并在以FAST为例的全组合精密测边三维网的设计中得到了有效检验,通过精度估算,满足了FAST几何基准控制网精度需求,也为类似的大型工程中的精密几何测量提供了参考。

GPS动态测量精度检测及分析

GPS动态测量技术的应用日益广泛使得其精度检测显得越发重要。本文介绍了GPS动态测量技术概况，设计了基于旋转平台的检测系统并分析了该系统用于GPS动态检测的位置和速度精度。基于检测系统对GPS单、双动态相对测量精度进行了检测实验，结果表明，静态与低动态条件下（0．314m／s以下），水平和高程两方向上测量结果差异均很小，水平方向的标准差在5mm以内，高程方向上的误差接近1cm；不同动态条件下的双动态相对测量中，不仅出现了2—3mm的系统误差，还存在7～10mm的标准差。在实验条件得到改善基础上，该系统还可以进一步用于RTK测量的检测。

全站仪动态测量精度检测及时滞分析

在FAST工程测量关键技术中,全站仪动态测量技术是一种潜在的解决方案,通过自行设计的动态检测平台对全站仪动态测量精度进行检测和分析。简要介绍全站仪动态测量技术概况,叙述动态检测平台原理和设备组成以及利用检测平台完成全站仪相对位置和绝对位置动态测量的误差检测结果。通过对测量结果进行时滞改正,动态测量误差有了明显改善。

GMT联合高分辨率地形数据在FAST工程中的应用

近年来,国际的星载空载雷达项目已收集到海量的全球高分辨率地形数据。但是,这些数据在可视化之后才能被人们所直观认识。通用制图工具(GMT)是一款功能强大的开源软件集,主要用于地理空间数据的可视化表示,已在地球科学相关领域中得到广泛应用。文中阐述了地形数据在地球科学中的重要作用,介绍了在Windows系统下使用GMT对全球地形数据可视化的过程,并以FAST周边地区为例,对几种地形数据进行了质量评估,并简述了其在FAST工程中的应用。

光学天文大地测量技术发展评述

光学天文大地测量技术是大地测量技术的重要组成部分,在早期的天文大地控制网建立、高精度垂线偏差测量、惯性导航设备标校、大尺度工程测量以及军事测绘保障等领域都发挥着重要作用。本文回顾了光学天文大地测量仪器的发展历程,分析了目前主流观测仪器的现状及其特点,比较了不同观测仪器之间的优劣;总结了光学天文大地测量理论及其发展,介绍了最新的矢量天文定位理论及任意星定向理论等,阐述了理论进步对技术发展的重要性;列举了光学天文大地测量技术在大地水准面模型验证、大尺度工程测量、地震等自然灾害预报、地球自转参数监测与预报领域的成功应用,强调其在国家基础测绘领域的重要性,并对其发展趋势作了展望。