Performance and observation summary of Changchun Satellite Laser Ranging Station

This note introduces the performance and observation summary of the SLR system at Changcun Observatory, the Chinese Academy of Sciences. The performance of the SLR system has been greatly improved since August 1997. The single shot precision is improved from 5-7 cm to 1-2 cm and the normal point precision reaches 4-7 mm. The long-term stability is better than 1 cm. The amount of observation has been increased from 1000 to over 3000 passes. The whole performance of Changcun SLR system has reached the advanced level among the worldwide SLR stations.

无需公共点的高精度激光跟踪仪自标定方法

多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值,在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离,目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高,但是其精度有限。为了提高其精度,分析基于拟合的自标定方法精度较低的主要原因,提出了基于三角形结构的自标定方法,定量对比了新方法和基于球心拟合方法的精度。新方法建立非线性误差模型进行参数迭代求解,能够应用于激光跟踪仪的三维自标定。通过模拟仿真和实测实验,证明了该方法比基于球心拟合的自标定方法在精度上有了大幅度提升。文中算法无需增加额外设备,改进了原先基于球心拟合方法并提高其自标定精度,具有一定的工程应用价值。

考虑高斯能量分布的复杂表面航天器激光雷达散射特性分析

针对复杂表面航天器在激光雷达照射下散射特性模拟不准的问题,通过表面建模和激光特性修正进行了解决。该方法首先通过高斯能量分布法对激光光束模型进行修正;然后基于有限元的思想,针对航天器复杂表面非光滑、非连续以及多材质等特性,利用改进Z-buffer的消隐算法解决了复杂航天器表面建模问题;最后建立了面向激光雷达的复杂表面航天器激光雷达散射截面的计算方法。仿真分析表明:航天器不同姿态下的激光雷达散射截面精度提升了14 58%,为后续面向激光雷达的隐身设计奠定了基础。

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。

Modeling of a Linear Scanning 3D Vision Coordinate Measurement System

This paper theoretically analyzes and researches the coordinate frames of a 3D vision scanning system, establishes the mathematic model of a system scanning process, derives the relationship between the general non-orthonormal sensor coordinate system and the machine coordinate system and the coordinate transformation matrix of the extrinsic calibration for the system.

Data Fusion and Sensors Model

0 ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭｕｌｔｉＳｅｎｓｏｒｓＤａｔａＦｕｓｉｏｎｉｓａｖｅｒｙｐｏｐｕｌａｒｔｏｐｉｃｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｓｔｕｄｙａｎｄｐａｐｅｒｓａｂｏｕｔｉｔ.Ｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｔｉｌｉｚｅｄｏｎｔｈｅ?..

基于2D激光技术的轴径在线精密测量方法

针对轴径测量方法在精度、可靠性和适应性等方面存在的问题,提出一种基于2D激光测量和全量程标定校准的轴径精密在线测量方法。采用2D激光轮廓传感器同步采集检验剖面的二维坐标数据,基于采集的坐标数据和最小二乘拟合算法求解被测轴的半径,基于最小区域原则优选检验剖面,采用全量程标定校准方法建立轴径测量误差模型,利用误差补偿算法实时补偿系统的非线性误差,提高轴径测量的精度。研究结果表明,该方法测量相对误差小于1%,实现了免拆卸情况下的轴径非接触、在线、高精度测量。

卫星激光测距系统皮秒准确度时延标定研究及应用

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)以脉冲激光为媒介获取卫星的精确距离,是空间大地测量技术中准确度最高的手段。在传统卫星激光测距系统中,通过测量已知距离的固定靶目标实现系统总时延的标定,对获取单向发射或接收时延的研究较少,这制约了卫星激光测距在激光时间比对、多台站协同测距及行星际激光测距等方面的应用。文中开展皮秒准确度时延标定方法的研究,首先,分析了卫星激光测距系统的时延组成及影响因素;其次,以中国科学院上海天文台卫星激光测距系统为平台,开展电学、光学和光电转换等时延的高精度测量,并将各部分时延组合完成收发时延的标定;最后,分析发射和接收时延标定的准确度,并将时延标定方法应用于地靶距离偏差的校验,验证时延标定方法的可行性。结果表明,发射和接收时延标定的准确度分别优于11 ps和13 ps,地靶距离偏差与国际激光测距组织(ILRS)反馈值相差仅11 ps。

一种顾及随机误差的地面三维激光扫描仪自检校方法

系统误差作为点云数据中的非随机项,使得扫描结果具有累积作用,对结果质量的影响尤为显著。因此,提出一种地面三维激光扫描仪系统误差自检校方法,该方法同时考虑了系统误差和随机误差对扫描结果的影响。在随机模型方面,基于测角和测距精度对观测值进行加权,并利用方差分量估计理论实现不同类型观测值的后验估计。仿真实验和实测数据验证表明,该方法能有效提高未知参数的解算精度,且经过系统误差和随机误差改正后,可获得更接近真实值的目标坐标,相较于常规自检校方法具有更高的准确性和精度。

一种基于三球模型的对地目标定位方法仿真研究

基于远程激光测距信息,对相同距离下的对地目标的单点定位算法和多点定位算法的仿真结果进行分析研究。对于单点定位算法,提出一种三球模型地理定位方法。在相似条件下,多点地理定位精度明显好于单点地理定位精度。再通过分析不同状态下多点定位的空间误差分析定位特性。

基于激光测距技术的加料机械臂目标定位抓取方法

加料机械臂目标坐标位置动态变化,导致在目标定位抓取时存在定位精度差、抓取时间长以及抓取效果差的问题,为此提出基于激光测距技术的加料机械臂目标定位抓取方法。该方法首先依据激光测距技术获取目标坐标位置,完成目标标定;通过提取的目标抓取特征获取目标的抓取点;依据获取结果建立MGP模型,通过模型的训练获取加料机械臂位姿至关节角的映射函数以及目标函数;最后通过相关函数的计算结果实现目标的定位,完成加料机械臂的目标抓取。实验结果表明,在检测次数为90时,该方法的定位距离误差为0.2 mm,在300次检测时的综合角度误差为2.0度,在250次检测时的抓取时间为120 s。

基于空间网格的三维激光球杆仪系统误差标定

三维激光球杆仪是一种空间坐标测量设备,由二维转台和径向伸缩机构组成。伸缩机构的末端固定有一个由测量目标磁吸并带动设备运动的标准球。伸缩机构的位移由光栅尺测量,二维转台的旋转角度由圆光栅测量,测量系统测得的坐标经坐标转换后可以得出被测目标的坐标。分析了系统的主要误差来源,采用多体系统误差建模方法建立了误差模型。最后基于几何误差模型非线性优化对设备的单项误差进行标定。经过误差补偿后,设备在测量范围内测量空间点的位置误差可以达到0.06 mm以内。

联合SLR的BDS精密定轨光压模型影响与分析

围绕联合卫星激光测距(SLR)数据的北斗卫星导航系统(BDS)精密定轨中光压模型选取和精化问题,分析了不同光压模型对轨道精度的影响,包括ECOM1、ECOM2以及混合光压模型。采用125个全球GNSS测站和23个SLR测站265天观测数据进行联合定轨,从SLR检核、轨道边界不连续性以及轨道预报三方面对定轨精度进行分析,结果表明:联合定轨均能显著提高轨道的SLR检核精度,其中采用混合光压模型时精度最高。采用ECOM1和ECOM2时,联合SLR观测值定轨降低了BDS卫星计算轨道和预报轨道的精度,采用混合模型时BDS卫星轨道预报精度略有提升。综合外符合和内符合精度,建议在联合SLR观测数据进行BDS卫星精密定轨时采用混合光压模型。

基于改进粒子群的正交轴系三维激光扫描设备的几何参数标定研究

本文针对研发的正交轴系三维激光扫描设备几何参数标定问题,提出一种基于改进粒子群的标定算法,以解决设备装配几何误差带来的测量精度降低问题。首先,基于三维扫描设备的改进DH参数模型构建待优化几何误差参数并利用粒子群算法在约束范围内进行迭代优化以确定标定值;然后,在传统粒子群算法基础上进行了动态参数(惯性权重、学习因子的动态调整和基于整体最小二乘算法动态平面拟合的适应度函数改进)的优化以解决算法陷入局部最优的问题;最后,采用3种不同方法进行基于标准棋盘标定板的标定实验。实验结果对比分析表明:本文提出的动态平面拟合-参数改进PSO算法大幅提高了标定算法的收敛速度以及适应度计算可靠性,可以对设备进行快速标定,采用该方法标定后的设备其测量的精度也大幅提高。该标定方法为其它正交轴系的测量设备的几何参数标定提供了一种参考。

基于红通道先验的水下障碍物双目定位方法

基于双目视觉的自主水下航行器在水下巡航过程中,由于水体对光线的衰减效应和悬浮颗粒对光线的散射作用,双目摄像机获取的图像存在对比度低、颜色失真等问题,导致水下障碍物定位的精度较低。针对以上问题,文中采用红通道先验复原算法提高水下成像质量,根据双目相机标定参数获取障碍物的双目视差图,并提出了一种基于深度视差图融合的水下障碍物定位方法。该方法通过融合深度视差图与水下复原轮廓图,对融合图像进行凸多边形检测,获取障碍物的轮廓,基于轮廓信息进行障碍物的有效深度信息提取,实现障碍物的空间定位。水下双目定位实验结果表明,文中所提方法可以使双目立体匹配的效果更理想,能够有效提高水下障碍物定位的精度。

激光捷联惯性导航系统动态锥动误差建模分析

提出了一种机抖激光陀螺的锥动误差参数建模与补偿方法。首先从机理上分析了锥动误差产生的原因,利用有限元分析方法给出了在不同外界角加速度输入下激光陀螺敏感轴的变形情况;建立了锥动误差的补偿模型,将锥动误差的影响用锥动误差系数表示,该系数仅和激光陀螺自身相关;设计了锥动误差系数的系统级标定方案,利用圆锥运动前后系统的姿态误差与锥动误差系数的关系完成参数标定。然后通过激光陀螺和光纤陀螺的圆锥运动实验,证明了锥动误差的存在;通过系统级的圆锥运动实验,证明了锥动误差的补偿效果。最后通过系统级的振动试验,验证了本文提出的锥动误差补偿方法能够有效地减小振动环境下系统的姿态和速度误差,对提升惯导系统在复杂力学环境下导航精度有着重要作用。

基于激光测距的非接触式火车车轮踏面外径测量方法研究

针对马钢火车车轮成品检测线上对车轮外径测量存在的检测效率低和检测精度不足等问题,提出一种基于激光测距的非接触式车轮外径测量系统和方法。采用标定指针和标定环对四个激光器位置进行了标定,通过四个激光器测量数据和几何关系得出车轮踏面直径。该测量系统能够测量∅800~1300 mm的车轮,测量精度小于0.5 mm,该方法也可应用于盘类零件外径的测量。

水下相位式激光测距定标方法

基于相位式激光测距的工作原理,提出了将相位式激光测距仪用于水下测距的思路,从原理上分析了水下相位式激光测距的可行性。通过水下距离测量实验,对水下相位式激光测距可行性进行了验证,完成了水下相位式激光测距仪的测距定标算法,并探究了水体浊度对相位式激光测距动态范围和测距精度的影响。实验结果表明,经过定标校正后的水下相位式激光测距仪在水下3.5 m范围内测距误差平均值不超过3 mm,测距范围与水体浊度间存在指数衰减关系。该水下相位式激光测距仪为水下距离的探测提供了一种新方法,可实现水下目标近距离的精确测距。

激光三角法大量程小夹角位移测量系统的标定方法研究

针对激光三角法输入输出关系在大位移小夹角测量中非线性太强的缺点,改进标定方法以提高系统稳定性和测量精度。根据本文的实际情况,从基本的像点-位移曲线关系出发,对公式进行了化简。结合非线性回归分析和逐段逼近的方法,提出新的标定方法。通过非线性回归保证标定的精度和稳定性,逐段逼近对系统误差自动校正。最后进行了大量实验,数据表明该标定方法具有良好的稳定性和较高的精度。该方法采样数据较少,精度高,对系统误差有一定的自动校正能力,特别适合于对大位移测量系统进行快速标定和系统误差校正。

激光视觉方法用于检测齿轮加工误差

齿轮是工业基础零件,其加工精度对设备的整体精度和可靠性有重要的影响。为了提高加工后齿轮的检测速度和检测精度,提出了一种激光测距齿轮齿向精度检测方法,并在此方法基础上研制了齿轮齿向检测系统。利用激光在金属及反光物体方面的测量优势,选用激光作为测量光源,利用激光三角法获得齿轮的测量点位置的相对坐标信息。为了全面获得齿轮各个部位的信息,结合气浮转台的圆周运动和精密电控升降台的升降直线运动,完成对齿轮齿向的数据扫描。为了获得齿轮的绝对坐标值,提出了齿轮齿向测量标定算法,用于计算出传感器与齿轮分度圆之间位置关系,从而进行齿向测量。结果表明,该测量方法能够满足工业中齿轮的高精度无损检测要求,能够完成齿轮精度等级分类要求。本研究所提出的测量方法,可以推广到其他金属反光物体高精度尺寸检测系统中。