分布式位置和姿态测量系统的概念与应用方向

该文讨论了分布式位置和姿态测量系统(POS)的概念与体制。针对不同的应用方式,论述了其主要技术指标,明确了光学遥感设备尤其是多子阵天线结构成像雷达对其要求,初步分析了获得高精度位置和姿态信息可能的技术途径,指出了其未来的应用方向。

基于单目视觉的位置姿态测量系统精度检校方法

针对高精度位置姿态测量系统的姿态检校问题,提出一种单目视觉检校方法。首先分析了合作靶标精度对单目视觉姿态测量精度的影响,利用合作靶标实现视觉高精度姿态测量;然后提出基于正交矢量和动态滤波的联合标定法,标定出靶标坐标系和惯性测量单元之间的转换矩阵关系;最终实现了具备高精度姿态精度的单目视觉检校系统。实验结果表明,单目视觉检校系统静态姿态误差均方根为2.1'',动态姿态误差为4.4'',可以为高精度位姿系统提供姿态精度检校。

航空摄影测量中位置姿态测量系统的现状分析

位置姿态测量系统的出现,有力推进了航空摄影测量技术的发展。位置姿态测量系统辅助数字相机航空摄影测量技术的成熟,使位置姿态测量系统成为当前研究的一个热点。本文在对当前应用于摄影测量的国内外各种位置姿态测量系统产品比较的基础上,总结当前国产位置姿态测量系统与国外产品存在的差距并进行展望。

位置与姿态测量系统精度测试方法研究

为方便有效地解决位置与姿态测量系统的高效高精度测试,文章提出了融合运用激光角度测量和卫星信号模拟技术的实验室精度测试的新方法,并以精密激光角度测量系统研制为重点,阐述了该方法的基本研究思路以及提出的基于共光路分离检测的激光漂移补偿技术,结合各项试验结果,验证了激光角度测量系统的精度以及提出新方法的可行性。

高精度光纤陀螺位置和姿态测量系统

采用国产高精度光纤陀螺技术和先进闭环误差控制算法自行研制了高精度光纤陀螺位置和姿态测量系统。惯性测量单元由一个三轴一体的光纤陀螺仪和3只石英加速度计互相正交安装组成。采用的高精度光纤陀螺稳定性全温范围内优于0.01°/h。提出一种有效的闭环误差控制算法,闭环误差控制算法可以解决GPS缺失、跳变引起的导航曲线不连续问题。与加拿大的POS AV610的跑车进行比对试验,结果表明,系统精度与加拿大Applanix公司的POS AV610精度相当。

MPOS联邦实时组合算法

微小型位置姿态测量系统(micro position and orientation system,MPOS)是为成像载荷提供实时高精度运动补偿信息的关键装置,其测量精度严重制约成像精度的提升。针对MPOS集中滤波实时性差的问题,在基于双ARM(advanced reduced instruction set computing machines)硬件平台的基础上,采用联邦滤波实时组合算法对多组传感器数据进行最优信息融合。以微惯性测量单元为公共参考系统,双天线全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)和磁强计作为子系统提供量测信息,将各个子系统得到的局部误差协方差及状态估计值在主滤波器中进行信息融合得到最优估计值。通过动态实验验证了基于联邦滤波实时组合方法的MPOS,其位置、速度、航向角及水平姿态角精度可达0.6 m,0.03 m/s,0.15°,0.04°。

机载InSAR运动补偿用激光陀螺位置姿态系统

位置姿态系统(position and orientation system,POS)是机载干涉合成孔径雷达(interferential synthetic aperture radar,InSAR)提高对地观测成像质量的关键装置,围绕机载InSAR运动误差补偿的需求,分析了机抖激光陀螺惯性测量系统(inertialmeasurement unit,IMU)的尺寸效应,设计了一种轻小型、对称八点减振的惯性敏感组件结构;设计了基于DSP+FPGA硬件方案的数据采集及预处理模块,提出了基于滤波器建模的时延补偿方法,研制成功一种高分辨率机载对地观测系统用小型高精度激光陀螺POS样机。实验室静态、车载以及飞行试验结果表明该系统纯惯性导航误差分别为0.196 nmile/h、0.659 nmile/h和0.681 nmile/h,满足了机载InSAR 0.5 m高程精度需求。

电容式油量测量系统的姿态误差分析

针对目前飞机上电容式油量传感器测量燃油时产生的姿态误差问题进行了研究,以飞机上的规则油箱为例,从理论上详细地分析了电容式油量测量系统的姿态误差,并绘制出其误差曲线,给出了减小姿态误差的方法,最后提出了在姿态误差最小的准则下确定传感器的最佳安装位置;文中提出的减小姿态误差的方法,不仅有利于提高燃油测量系统的可靠性和安全性,而且可以改善燃油测量系统的维修性,使燃油量测量技术跃上了一个新的台阶。

利用线阵CCD自动测量MSBS中悬浮模型的位置与姿态

以我国自行研制的磁悬挂天平系统为背景,主要研究了利用线阵CCD传感器构建MSBS的模型位置与姿态测量系统以及相应的传感器配置方案、信号转换、测量原理和测量流程等问题。该系统的位置与姿态测量系统以两组共5片线阵CCD作为MSBS中悬浮模型的5自由度位置与姿态传感器,以串联的多级惯性环节电路为脉宽-电压转换电路,将测量信号分别输入控制回路和校准测量回路。文中详细介绍了5片CCD传感器的配置方案及其测量原理,然后研究了使用多级惯性环节实现脉宽-电压信号的转换问题,并对该方案进行了理论分析和仿真,最后研究了利用CCD的测量信号反演悬浮模型位置与姿态的数学原理及其自动测量流程。

基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法

分布式位置姿态测量系统(POS)依靠传递对准来精确测量多任务成像传感器的多节点运动信息,然而,节点间的柔性基线精度限制了传递对准精度。针对此问题,提出了一种基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法。首先研究了光纤光栅形变测量方法,利用光纤光栅传感器获取变形位移和变形角度;然后利用光纤光栅的形变测量信息修正传递对准量测方程,重新建立传递对准模型;最后搭建了柔性基线测试实验平台,进行实验测试。实验结果表明,所提出的方法可以精确测量多节点之间的柔性基线,同时也可为分布式POS的应用提供强有力的支持。

一种通用的POS自动测试系统设计与实现

位置和姿态测量系统(POS)是航空遥感系统的重要组成部分,可以为各类航空对地观测载荷提供高精度位置、速度和姿态基准。为保证精度,POS使用之前必须进行精确的误差标定实验,同时又要保证实验的效率与可靠性。自动测试技术可规范测试流程,减少人为因素干扰,但目前的自动测试系统通常只能实现某些环节的自动测试,自动化程度不高且通用性不好。针对上述问题,设计了一种通用性好,自动化程度高的POS自动测试系统,该系统以基于FPGA的最小系统电路为核心,实现转台控制、测试计算机通信、待测设备数据采集等功能,然后基于VC开发了上位机软件,实现测试方案加载、数据显示、数据处理、测试报告生成等功能。实验表明,该系统功能可靠,显著提高了测试效率。

一种改进的高精度POS时间同步方法

结合现有时间同步方法及高精度POS的应用需求,提出了一种以GPS接收机输出的1PPS秒脉冲为基准,采用数字参数反馈方式,对惯性测量单元的数据采集脉冲周期进行实时修正的高精度POS时间同步方法,并给出了一种简易的POS时间同步精度测试方法。然后结合光纤陀螺POS实际系统进行了时间同步精度测试和对比实验。结果表明,所提出的时间同步方法能够克服时钟漂移并修正时间信号传输延迟,在保证工作可靠性的同时实现了在融合点上数据的高精度同步。

盾构机自动导向系统的测量方法研究

介绍了利用激光标靶、全站仪和PLC构成盾构姿态测量系统获得测量数据的方法,利用这些测量数据求取盾构机的坐标位置和角度的算法,通过与隧道设计曲线的比较得到盾构机在水平方向和垂直方向上的位置和角度偏差值,使操作人员可以通过这些结果控制盾构机的掘进操作。

低空摄影测量飞机惯导姿态精度评估技术

针对试飞试验中飞机惯导系统的姿态数据精度评估问题,从航空摄影测量控制定位理论出发,基于 POS 辅助空中三角测量和光束法区域网平差理论与方法,充分利用各种传感器特性和地面控制条件,实现摄影瞬间飞机惯导系统姿态参数的高精度测量,并与飞机惯导系统实际获取的姿态数据进行残差计算和精度对比分析,进而实现对飞机惯导系统姿态数据精度的评估。飞行试验证明:利用低空摄影测量的密集控制网光束法区域平差方法,能够获取精度高于惯导数据一个等级以上的姿态数据,可充分实现对惯导数据精度的合理评估。

基于时间双向解算融合的POS事后处理算法

位置姿态测量系统(position and orientation system,POS)的精度直接影响高分辨率对地观测中成像载荷的成像质量和测绘精度,但POS的传统事后处理方法严重依赖初始阶段的静态对准,限制了应用中系统的反应速度,同时也未能充分利用整段测量数据提高系统处理精度。针对这个问题,提出一种基于时间双向解算航迹融合的POS事后处理算法,在传统算法基础上增加了时间逆向解算结果,并利用"凸组合"最优融合原则将时间正向解算结果与时间逆向解算结果进行融合,提高了系统处理精度和应用中系统的反应速度。联合飞行实验表明,应用该方法后,POS测量精度优于传统的事后处理算法。

一种机载遥感成像用分布式POS传递对准方法

针对机载遥感成像用分布式位置姿态测量系统(POS,Position andOrientation System)精确初始对准的问题,结合遥感成像的实际作业情况,在分析影响传递对准精度和速度的误差源的基础上,提出一种利用载机爬升段进行分布式POS传递对准的方法,并与多种机动方式进行对比.半物理仿真结果表明:利用遥感载荷作业现有条件能够获得数学平台失准角和安装误差角的准确快速估计.研究结果可为机载分布式POS传递对准方案的选择和设计提供理论参考.

激光陀螺POS惯性数据滤波及时延补偿

激光陀螺作为位置姿态测量系统(POS)的核心传感器,其精度直接决定激光陀螺POS系统精度,围绕机抖激光陀螺信号去噪的需求,基于FIR滤波器建模的方法,设计了FIR数字低通滤波器;针对滤波器导致的信号延迟问题,根据FIR数字滤波器群延迟特性建模,提出了激光陀螺POS数据时延补偿方法。静态实验结果表明,设计的FIR数字低通滤波器降低了激光陀螺抖动噪声功率达80dB。进一步通过飞行实验表明,提出的方法降低了激光陀螺POS系统姿态角误差,与POS/AV510相比航向角误差由0.017°降低到0.01°,俯仰角误差由0.007°降低到0.005°,横滚角误差由0.016°降低到0.005°,满足了机载InSAR对激光陀螺POS精度要求。

基于最小二乘拟合法的分布式POS全局估计方法

针对无法保证各子阵天线附近均安装高精度子惯性测量单元(IMU)的问题,提出了一种基于最小二乘拟合的分布式位置姿态测量系统(POS)全局估计方法。首先,建立了考虑一维柔性变形角的主/子传递对准误差模型;然后,采用卡尔曼滤波(KF)估计已安装子IMU的子阵天线运动参数;最后,在已获取运动参数的基础上,采用最小二乘拟合估计未安装子IMU的子阵天线运动参数。半物理仿真实验结果表明,所提方法精确实现了阵列天线运动参数的全局估计,且未安装子IMU的子阵天线运动参数估计精度与相邻的子阵天线运动参数估计精度相当。

POS实时监控软件多线程通信设计及实现

为实现对机载POS(position and orientation system)的实时监控,提出POS实时监控软件的设计。针对POS系统大容量的数据传输以及系统复杂性导致单一通信方式无法有效完成对机载POS的监控任务的问题,提出多线程通信方法。针对高速、大容量的数据传输问题,采用Windows Socket控件建立基于TCP/IP协议的以太网通信;针对实时系统状态监控问题,利用MSComm(Microsoft communications control)控件设计串口通信。与机载POS的联调测试结果表明了该设计的可行性和有效性。