三线阵测绘相机交会角在轨监测可行性分析

卫星发射和在轨运行期间,三线阵测绘相机交会角受环境影响会发生变化,从而制约了测绘精度。与现有通过地面控制点反算补偿的方法相比,三线阵测绘相机交会角在轨监测是以上问题实时直接的解决方案,也是无地面控制点摄影测量的关键技术。但其理论上涉及多达36个自由度变化,难以直接实现。为此建立了包含全部自由度变化的测绘相机整体数学模型,推导出完整的相机交会角表达式。进一步基于对各参量影响程度的分析完成了自由度约简,得到简化的相机交会角表达式,并通过仿真验证了简化的合理性,各自由度参量在[0,200μm/(″)]变化范围内,简化误差小于0.05″。分析结果表明:只要重点监测5个关键自由度变化就可以实现三线阵测绘相机交会角的监测,从而大幅降低了系统的复杂程度并使在轨监测成为可能。

三线阵测绘相机热光学试验交会角测试系统

对三线阵测绘相机热光学试验交会角测试机理进行了研究,设计了试验测试系统,提出了一种空间交会角定量测量方法。针对测绘相机热光学试验阐述了对热真空试验设备和光学测量场等测试系统的要求,特别是平行光管的改造和特种分划板的要求。同时,描述了进行三线阵测绘相机热光学试验前的准备工作。利用LabVIEW软件编制数据采集系统,采用定量测量法对三线阵测绘相机交会角进行了测量。结果显示,测试相机在工况转变后交会角的变化在1″以内,表明该测量方法可以准确得到相机交会角的变化量,测量数据对三线阵立体测绘相机在轨测量及地面影像分析提供了可靠的依据。

测绘相机在轨空间交会角变化的计算

由于测绘相机在轨空间交会角在5″内变化才能保证数据的可靠传输,本文研究了测绘相机交会角变化的计算方法。首先,利用I-deas软件计算了测绘相机在极端高温和低温两种工况下的温度场。然后,将计算得到的温度场作为温度载荷施加给结构模型,实现了由温度网格到结构网格的温度映射,即简单有限元模型到复杂有限元模型温度载荷的映射;计算了测绘相机的热弹性变形,得到了光学元件中心点变形量。最后,利用自编的软件计算了在两种极端温况下正视和后视相机的在轨交会角变化。结果表明,测试相机在高温和低温工况下空间交会角的变化在5″范围内。该计算方法可得到空间相机交会角的变化量,计算数据可为测绘相机光机结构设计和热控方案的制定提供数据保障。

双相机工业摄影测量系统精度影响几何因素测评

介绍了影响双相机系统精度的多种几何因素并进行实验测试,进一步对双相机工业摄影系统的精度进行优化;采用高精度单相机系统的测量值作为精度评定的参考值,改变双相机测量系统不同的几何结构,如摄影距离,摄影基线,以及基线偏离检定场中轴线位置等。并对单、双相机系统测量的数据结果进行比对测试。实验结果表明基线长度与摄影距离的改变对点位精度影响最大,前后对比最大值可达0.3mm,改变摄影光轴与基线的夹角对精度影响较小,仅0.04mm。

三线阵立体测绘相机交会角及线阵平行性装调测试技术研究

新一代航天立体测绘相机采用三线阵体制获取地面景物图像与高程信息,用于实施无地面控制点条件下的大比例尺定位与测图,其中三线阵相机交会角与线阵平行性装调误差直接影响定位与测图精度。结合立体测绘相机研制需求,对现有交会角与线阵平行性装调测试方法进行改进,提出采用高精度转台、大口径自准直平行光管构成测量系统,对三线阵坐标系进行归一化,可一次同步装调三线阵相机间交会角及线阵平行性。分析测试结果表明,经改进后,相机交会角测试精度优于1″(1σ),线阵CCD平行度测试精度优于3″(1σ)。实际装调结果证明,相机交会角和线阵平行性的装调测试精度得到了显著提高,改进后的装调测试方法可以满足1:1万比例尺两线阵立体测绘相机的工程研制需求。

基于双高速摄影的着靶姿态测量方法

目的获取物体在三维空间中的飞行着靶姿态。方法提出一种基于2台高速相机双光轴交汇的测量方法,即利用2台相机同步拍摄,获得各自物体的姿态角度,根据相机光轴方位、相机与目标物体的空间位置关系,推导出物体着靶角的数学表达式,结合实际应用需求,获得几种特殊情形下的简化形式。结果把该方法应用于跌落试验的实测分析,迅速且准确地获得了物体的着靶姿态。结论该方法中相机的布置方式受试验场所的约束较小,可为跌落、高速撞击等异常安全性试验研究提供有效支撑。

库伦型岩土压力公式中反映墙背倾斜情况符号的解释

库伦型岩土压力公式中反映墙背倾斜情况的符号α常被解释或理解为墙背与水平面的夹角(即墙背倾角)。分析表明,这种解释或理解是错误的,将导致岩土压力公式对仰斜式挡墙(后仰边坡)不适用,造成仰斜式挡墙(后仰边坡)按俯斜式挡墙岩土荷载进行设计的后果。对这些公式中反映墙背倾斜情况的符号α的正确解释是"墙背与墙底水平投影的夹角"。

双高速摄像机交汇的高旋弹丸位姿估计算法及误差分析

为了测量高旋弹丸在炮口处的各种信息,基于双高速摄像机交汇的测量方法,提出了一种新的弹丸位姿估计方法。对总攻角函数进行了误差建模与分析,结果表明两台高速摄像机的光轴应相互垂直,且应选择光轴远离攻角平面的高速摄像机所对应的测量函数计算总攻角,此时测量误差最小。以靶场实验的方式对攻角函数的误差分析结论和位姿估计算法进行验证。实验结果表明,误差分析结论正确;所提出的位姿估计算法没有基于任何假设,精度高于POSIT算法;初始速度测量误差不超过0.6 m/s,弹丸质心位置测量误差不超过0.3 m。这种测量方法属于非接触式测量,简单易行,测量信息全面,可为靶场实验、验收等工作提供参考依据。

天绘一号卫星高分辨、多光谱相机与三线阵正视相机夹角在轨标定方法研究

通过对天绘一号卫星摄影原理的分析,建立了在轨标定高分辨、多光谱相机与三线阵正视相机夹角的几何模型,并利用天绘卫星影像数据进行了相关试验。试验结果表明:该方法可行,精度较高,与可供参考的地面实验室定标结果较为接近,高分辨相机与三线阵正视相机夹角标定的两种结果相差1′左右,多光谱相机与三线阵正视相机夹角标定的两种结果相差5′左右。同时,计算分析了卫星定轨误差和地面控制点精度对夹角的影响。该方法模型简单,易于理解,解决了目前天绘一号卫星高分辨、多光谱相机与三线阵正视相机夹角仅有地面实验室标定结果,缺乏有效在轨标定方法的问题,对于影像的融合、纠正及高级产品的生产具有重要意义。

不同支路角度无信号T型交叉口交通流特性研究

主路车头时距和速度特性是研究无信号T型交叉口通行能力的重要因素。通过实测重庆市铜梁区三支有代表性的不同支路角度无信号T型交叉口主路车速和车头时距数据,分析了支路角度对主路车速、车速离散性的影响,总结出应尽量避免用支路角度70°和支路角度110°无信号T型交叉口对干路车辆进行分流。为提高卫星城市路网和无信号T型交叉口通行能力提供建议。

新的相机交会角在轨标定方法

提出了一种新的在轨标定相机交会角的方法,该方法不同于目前广泛采用的摄影测量中的后方交会。以三线阵CCD测绘相机为例,通过对其工作原理的分析,建立了求解相机交会角的几何模型,并利用天绘卫星三线阵影像数据进行了相关试验。结果表明,该方法可行,计算结果精度较高,与摄影测量方法所得结果非常接近。同时,计算分析了定轨精度和地面控制点精度对相机交会角精度的影响。相对于摄影测量的方法而言,该方法理论简单,易于理解,可进一步应用于高分辨相机和多光谱相机离轴角的在轨标定,具有重要意义。