Constructing a Virtual Large Reference Plate with High-precision for Calibrating Cameras with Large FOV

It is well known that the accuracy of camera calibration is constrained by the size of the reference plate,it is difficult to fabricate large reference plates with high precision.Therefore,it is non-trivial to calibrate a camera with large field of view(FOV).In this paper,a method is proposed to construct a virtual large reference plate with high precision.Firstly,a high precision datum plane is constructed with a laser interferometer and one-dimensional air guideway,and then the reference plate is positioned at different locations and orientations in the FOV of the camera.The feature points of reference plate are projected to the datum plane to obtain a virtual large reference plate with high-precision.The camera is moved to several positions to get different virtual reference plates,and the camera is calibrated with the virtual reference plates.The experimental results show that the mean re-projection error of the camera calibrated with the proposed method is 0.062 pixels.The length of a scale bar with standard length of 959.778mm was measured with a vision system composed of two calibrated cameras,and the length measurement error is 0.389mm.

基于水动力学模型的城区防洪能力评估研究

城区河道现状防洪能力的准确评估是保障城市防洪安全的基础。过去针对单一河道现状防洪能力评估的研究较多,而对于多河汇聚洪水交互复杂区域的河道防洪能力研究相对较少。金堂县城素有“千里沱江第一城”之称,却也是沱江流域受洪水威胁最严重的地区。本文针对金堂县城区“三河汇一江”的复杂交互关系,构建一二维耦合洪水分析模型,利用典型场次洪水对模型进行了率定和验证,并从河道现状堤防防洪能力、城区整体过流能力、跨河建筑物现状防洪能力等多方面开展了金堂县城区现状防洪能力评估。结果表明:构建的一二维耦合模型具有较高的模拟精度,3场典型洪水中沱江干流三皇庙水文站模拟洪峰误差均在1%以内,峰现时间误差均在1.5 h以内;城区模拟淹没范围基本与实际调查一致,模拟最大淹没水深基本与实测洪痕相符,大部分点位的模拟最大淹没水深误差在0.2 m以内;城区现有堤防防洪标准低,大部分仅满足5~10年一遇,局部薄弱段不足5年一遇;城区整体过流能力受上游洪水遭遇组合影响,三河相互顶托明显;城区多座跨河建筑物防洪能力不足20年一遇防洪标准,其中平安桥、毗河大桥分别不足5年、10年一遇防洪标准。

听力学工作中的标准化要求

听力学工作的标准化要求日益提高。本文介绍了目前我国听力学检测和干预方法、测听设备、测听环境、听力干预设备、职业听力损伤和听力防护等方面的标准化现状,介绍我国听力学标准化面临的任务和需求。

基于电极模态切换的半球谐振陀螺自校准方法

针对因受加工技术、加工条件以及外部环境因素等影响,半球谐振陀螺在力平衡模式下输出零偏稳定性及重复性变化较大的问题,提出一种基于模态切换的陀螺自校准方法。基于半球谐振陀螺二阶振动模态机理,建立理想状态下谐振子运动方程,并分析推导了谐振子在阻尼不均和频率裂解等非理想因素影响下的运动模型和参数控制方程。根据谐振陀螺输出漂移特性,提出了一种基于电极功能切换的半球谐振陀螺自校准方法。通过相关实验,分析比较了电极模态切换前后陀螺输出稳定性及重复性,实验结果表明,陀螺零偏稳定性提升1.8倍以上,陀螺零偏重复性提升90.5%,所提方法能有效估计及补偿陀螺漂移,提高半球谐振陀螺输出的稳定性和重复性。

紫外可见波长溶液标准物质的研制

以紫外可见区无吸收的高氯酸溶液作为空白基体,利用稀土元素钬和钕在紫外可见光区丰富的光谱特征吸收,研制一种可以覆盖200~900nm的紫外可见区的波长溶液标准物质。采用对峰值点附近进行3次样条插值进行数据处理,并以插值后的峰值数据作为峰值波长,分辨力可到小数点后两位。经过均匀性和稳定性检验,由9家实验室采用高精度紫外可见分光光度计对该标准物质进行协同定值,并进行不确定度评定。结果表明,该标准物质均匀性良好,在25℃下保存稳定性在1年以上。该标准物质可应用于光谱光度测量仪器的波长校准和期间核查等。

基于离散元法的面粉颗粒接触参数标定试验

为设计和优化面粉输送设备,应用离散元法对面粉进行准确地工程建模和分析,需要对其接触参数进行必要的标定。该研究依据颗粒缩放理论,用“Hertz-Mindlin with Johnson-Kendall-Roberts”接触模型表征面粉颗粒间黏性的影响,提出了一种基于静/动态休止角的接触参数标定方法。运用正交试验方法,对接触参数的敏感性和方差分析,表明面粉颗粒间的滚动摩擦系数、面粉颗粒与不锈钢表面间的静摩擦系数、表面能对静态休止角的影响极显著(P<0.01),并且多组接触参数都可以模拟出与试验相同的静态休止角。进一步研究表明,面粉颗粒与不锈钢表面间的静摩擦系数的合理取值范围为0.2~0.4。通过2种填充率、4种转速下基于动态休止角的参数标定,将其中与试验最为吻合的一组参数作为标定结果,其值如下:面粉颗粒之间恢复系数为0.6、面粉颗粒之间静摩擦系数为0.2、面粉颗粒之间滚动摩擦系数为0.1、面粉颗粒与不锈钢容器表面之间恢复系数为0.6、面粉颗粒与不锈钢容器表面之间静摩擦系数为0.6、面粉颗粒与不锈钢容器表面之间滚动摩擦系数为0.5、表面能为0.12 J/m^(2)。使用该组参数对矩形容器中物料自由坍塌试验进行仿真,其结果与试验结果相符,验证了该标定方法的有效性。该研究提出的标定方法简单、易执行,对粉料输送设备的设计及优化具有一定的工程应用价值。

强流脉冲束流位置探测器标定技术

电子直线感应加速器性能提升对束流探测器提出了高精度测量要求,由此不仅要求高精度的探测器设计装配技术,而且也要求探测器的准确标定。从强流脉冲束流位置探测器测量原理出发,从理论和实验两方面开展强流脉冲束流位置探测器标定技术研究。在理论上采用解析方法,分析了不同的计算处理方法和标定方法的标定效果,提出了特征平面标定,在建立的位置标定系统上,对用于多脉冲电子直线感应加速器的No.23电阻环进行了标定实验研究,实验结果验证了理论分析结果,根据理论和实验研究结果,确定了强流脉冲束流位置探测器标定方法。

利用无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定试验

文章针对天气雷达缺乏远场标定能力的现状,提出利用无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定的方案。通过给出无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定试验的测试项目与条件,完成了对雷达天线、发射通道和接收通道的标定测试,试验结果符合相关技术要求。后期将对标定仪做进一步改进和完善,以期更好地满足雷达标定业务需要。

基于离散元法的潮湿甘蔗复合肥参数标定

为能准确建立潮湿甘蔗复合肥的离散元模型,合理设置仿真参数,提高肥料颗粒动力学仿真结果的准确性,以休止角为响应值,对不同含水率的甘蔗复合肥进行试验研究。通过卸料仓法建立含水率与休止角的三元回归方程,决定系数为0.99;基于Hertz-Mindlin with JKR粘结模型,通过Plackett-Burman试验、爬坡试验和Box-Behnken试验从9个初始参数筛选出JKR表面能、甘蔗复合肥剪切模量、甘蔗复合肥与不锈钢静摩擦系数、甘蔗复合肥间静摩擦系数、甘蔗复合肥间恢复系数5项显著性参数,并建立休止角—离散元参数模型,模型P值小于0.01,变异系数为6.35%;最后,通过对不同含水率下的最佳参数组合进行仿真休止角试验,仿真结果与物理休止角试验的相对误差小于7.66%,验证不同含水率的甘蔗复合肥参数标定结果和研究方法是合理可靠的。研究结果可为基于离散元法的甘蔗施肥机械动力学仿真研究提供参考。

基于电动方向盘的拖拉机自动导航转向控制方法

为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向角,利用GNSS(global navigation satellite system)与二轮车模型快速标定虚拟轮转角,标定结果表明:虚拟轮转角的最大误差为1.3°,平均误差为0.11°。然后,对转向系统的机械间隙进行分析,设计一种带有间隙补偿的模糊PD(proportional derivative)转向控制算法,并在Simulink中验证算法的可行性。实车试验结果表明,该算法跟踪方波转角信号的响应时间为1.1 s,最大稳态误差为0.65°,平均稳态绝对误差为0.132°。跟踪正弦波转角信号的平均延时为0.5 s,最大误差为1.91°,平均绝对误差为1.09°。与无间隙补偿算法相比,有间隙补偿算法跟踪方波信号最大稳态误差减小了0.022°,平均稳态绝对误差减少了0.112°,角度误差在±0.2°内的时间提升了71%;跟踪正弦波信号最大误差减小了0.68°,平均绝对误差减小0.23°。田间直线导航转向控制试验结果表明,转角跟踪的绝对平均误差为0.61°,最大跟踪误差为2.82°,转向控制跟踪精度较高,稳定性好,满足导航作业需求。

基于光栅尺测量的明渠流量计校准装置及其在线校准方法研究

明渠流量计是监测水流量的一种计量器具,广泛应用于各行各业。因其不便拆卸、堰槽设计不规范、校准方法缺失等原因,使得明渠流量计在线溯源成为业内亟需解决的难题。该文开发出一款基于光栅尺测量的明渠流量计校准装置,并应用该装置研究出模拟液位法的明渠流量计在线校准方法。该方法克服了标准液位计法及流速面积法等现有溯源方法存在的不足,具有操作简便、测量准确、模拟水位可调、过程智能化等特点,为明渠流量计在线溯源提供技术支撑。

大型飞机多支柱交联式起落架一体化载荷校准及建模研究

针对某大型飞机多支柱交联式起落架结构受力及传力特点,首次采用一体校准、独立建模的载荷试验方法,三支柱起落架侧挂正向一体安装、一体加载,解决了多支柱之间的载荷影响问题。根据交联式多支柱结构受力及传力特点,进行应变电桥及载荷工况设计,载荷工况既包括常规的单支柱加载,还包括满足多支柱影响的两支柱及三支柱组合加载工况。提出了多支柱广义响应系数概念,并通过广义响应系数对支柱之间的影响效果进行分析,显示支柱载荷向前单向传递,后支柱影响紧邻前支柱,前支柱不影响后支柱。据此提出了支柱独立建模、载荷逐次迭代、基于广义响应系数的支柱消扰载荷建模方法,获得了满足精度要求的载荷模型。

高精度地形星载激光测高仪在轨几何标定方法

激光测高仪数字化标定方法由于标定频次高、人力物力消耗少等突出性优点越来越受到关注。本文提出了一种两步法的激光测高仪数字化标定方法,针对线性体制激光测高仪的几何定位模型,构建了关于翻滚角、俯仰角和测距系统误差的几何标定模型,并使用公开参考地形数据SRTM与高精度机载LiDAR点云进行了标定试验。与GF-14实际外场面探测器试验标定的数据比较分析。结果显示,本文提出的几何标定方法与地面探测器标定参数测角差异在0.5角秒以内,测距差异在0.2 m以内。通过独立数据验证标定结果的高程精度,本文提出的数字化标定方法和探测器标定方法的足印高程偏差表现出良好的一致性,两种方法标定所获取的足印高程与高精度机载点云高程的RMSE均优于0.3 m。本文方法在保证精度的同时,减少了人力物力的消耗,为星载激光测高仪在轨常态化标定提供了新的思路和方法。

基于直驱并联机构的六自由度振动校准系统研究

直驱并联机构六自由度振动校准系统可以实现高精度和多自由度的运动模拟和校准,具有良好的应用前景。为了解决平台驱动关节滑块位置跟踪精度低的问题,对该机构进行动力学力矩前馈补偿分析。利用虚功原理建立该机构动力学模型,提出一种基本伺服算法与动力学前馈补偿相结合的控制策略。在实验样机上进行力矩前馈补偿,实验结果表明,在开放伺服程序增加力矩前馈补偿后,可以降低该机构在运动时的跟随误差,进行不同幅值单自由度正弦运动时,跟随误差分别下降40.32%、39.04%、43.24%、48.19%。并对振动台进行了性能检测,在平台基础上,搭建激光测量系统和数据采集模块,进行传感器校准和性能分析,平台横向振动比较小,谐波失真度均小于2%,平台具有较好的稳定性和性能。

一种机载大型雷达精细化测角零值标定方法

针对机载大型雷达的波束指向受天线罩、机体散射耦合影响而产生的非规则误差,本文提出了一种精细化高效率标定方法.该方法中雷达无需发射,综合利用无人机挂载小型标定源和采取多项式拟合的方法实现快速误差标定.仿真结果验证了该方法的有效性.

敦煌戈壁地表反射率光谱的旋翼无人机测量及定标评估

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传统的地表反射率光谱星地同步测量方法是基于汽车跑场观测,不仅耗费较大的人力物力、容易造成场地破坏,而且获取的测量数据缺乏区域代表性。鉴于此,自2016年起,在敦煌星地同步观测试验中以旋翼无人机低空同步测量为主,跑场测量为辅,完成从航线设计、航高选择、仪器参数配置、采样策略、航空数据处理的全链路摸底测试。多次飞行试验表明,采用多旋翼无人机低空飞行来代替汽车跑场同步测量,不仅提高了地表反射特性测量的空间一致性和代表性,还提高了地表反射率光谱的测量效率,也对宝贵的中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区地表进行了有效保护,极大的节约了人力物力成本。通过传统跑场测量和航飞测量的地表反射率光谱数据对比分析,发现多次测量数据的均值一致性较好,并且航飞测量的数据标准差更小。利用TERRA MODIS的同步观测来对无人机测量数据开展辐射定标评估,结果表明航飞数据的相对偏差均在5%以内,可以代替跑场数据完成定标,精度满足要求。随着无人机性能的进一步优化和提高,在不久的将来必将得到更加广泛和深入的应用,在外场定标试验领域也将发挥更大更重要的作用。

基于支持向量回归的工业机器人空间误差预测

鉴于高端智能制造领域对高精度应用场景下的工业机器人绝对定位精度的更高要求。本文主要研究基于支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)模型的机器人空间误差预测方法。针对Staubli TX60型串联工业机器人进行了运动学建模和误差分析。搭建了基于Leica AT960激光跟踪仪的机器人测量实验平台,并进行了大量空间位姿点的测量,通过真实数据集训练优化SVR模型。基于SVR方法对机器人实际位姿误差进行预测与补偿,避免了复杂的误差建模过程。机器人平均位置误差和平均姿态误差分别由补偿前的(0.7061 mm,0.1742°)降低至(0.0556 mm,0.0246°),位置误差降低了92.12%,姿态误差降低了85.88%。最后,通过与BP,Elman神经网络以及传统LM几何参数标定方法进行对比,验证了基于SVR模型进行空间误差预测对机器人位置和姿态误差降低效果的有效性和均衡性。

数据驱动的6R型串联工业机器人精度性能提升

随着工业机器人在高端制造领域应用中的不断深入,其绝对定位精度低的问题越加凸显。研究了基于神经网络的机器人实际位姿误差预测问题,针对Staubli TX60型串联工业机器人进行了运动学建模和误差分析,并搭建了基于Leica AT960激光跟踪仪的机器人测量实验平台,测量并计算了大量末端位姿误差数据。设计并优化最佳DNN神经网络结构,利用该神经网络预测机器人实际位姿误差,避免了基于模型的机器人精度提升方法中复杂的误差建模。补偿后的机器人平均绝对位置误差和平均绝对姿态误差分别由补偿前的(0.671 12 mm, 0.002 86 rad)降低至(0.048 58 mm, 0.000 46 rad),位置精度提升92.76%,姿态精度提升83.92%。最后,通过与BP、Elman神经网络以及传统LM最小二乘标定方法进行对比实验,验证了基于DNN深度神经网络进行机器人位姿精度提升具有更好的平衡性。

红外高光谱大气探测仪(FY-3E/HIRAS-Ⅱ)在轨数据非线性校正方法

风云三号E星(FY-3E)搭载的高光谱大气探测仪(HIRAS-Ⅱ)能够实现大气的垂直探测,具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应,影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题,提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数,将此系数作为初值输入到辐射定标模型中,以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数,通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出,校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-Ⅱ的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值,经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13 K,优于带外校正方法。

考虑电磁干扰的差动式电容力矩传感器动态校准方法

在差动式电容力矩传感器校准过程中,受设备电磁干扰的影响,造成校准结果存在较大偏差。为解决这一问题,在考虑电磁干扰的前提下,提出差动式电容力矩传感器动态校准方法。在差动式电容力矩传感器存在电磁干扰的情况下,采用小波变换方法抑制传感器中的电磁干扰。通过差动式电容力矩传感器的组成结构构建参数化数学模型,获取动态激励和结构响应两者之间的频域传递关系,利用最小二乘法分析传递函数的频域几何关系式,对传感器展开动态解耦和动态补偿。通过冲击剪断装置形成的力矩信号对传感器动态标定,利用检测电路测量阶跃信号对标定结果校准,完成差动式电容力矩传感器动态校准。实验测试结果表明,所提方法可以获取满意的动态校准结果。