多路绝对激光测距仪精密三维控制网的建立与解算

建立高精度三维控制网是实现大型粒子加速器等精密工程测量的前提条件,目前主要通过间接测量两点间距离或者自由设站实现,而多路绝对激光测距仪可在0.02~30 m范围内直接测量空间中两点间距离,利用高精度绝对测距值可建立高精度的三维测边控制网。基于多路绝对激光测距仪高精度绝对测距性能,建立仅含控制点间距离的秩亏自由网平差模型,通过任意初值选取,应用改进的LM算法迭代求解非线性超定方程组实现坐标概算,得到方程组的一组解作为未知数的近似值进行整网平差,获得高精度控制点坐标。实验数据分析表明,在8 m×3.5 m×2.5 m的实验范围内,建立控制点平均点位精度优于±1.14μm的三维测边网,可满足现代工业生产中对安装定位的高精度需求。

激光雷达多路距离测量系统设计

为了实现阵列激光雷达发射单脉冲激光瞬间3维成像,解决多路激光距离测量问题,采用并行处理架构设计了25路并行距离测量系统,由4个测量单元和1个复用单元构成1个多核并行处理机。每个测量单元包含8路跨阻放大器和8路高速比较器、1片TDC-GPX芯片和1个STM32处理器;复用单元由现场可编程门阵列实现多路测量数据打包,并通过USB2.0完成数据上传。结果表明,多路激光测距误差小于25cm;测量系统具有开放性,测量通道数易于扩展,子板可互换;并提出了按距离分段的误差校正方法,无须重复测量多次,可在单脉冲探测下直接校正测距数据。这为研制更高精度的阵列激光雷达系统奠定了一定的基础。

基线边长法的高精度三维标定场建立

针对大范围的摄影测量,传统量测相机标定精度有限,本文提出一种高精度、大尺度的三维标定场建立方法。该方法采用稳定性良好的天然大理石作为基础结构,并设计通视良好的角形基准座,采用微米级多路激光测距手段获取点位距离,进而基于测边网平差模型直接建立高精度三维标定场。通过模拟多组近似坐标和距离观测值对该算法进行验证。结果表明,该标定场近似坐标的模拟误差不能超过3 mm,单位权中误差与距离观测值模拟误差相当,距离反算值与理论值偏差的标准差是距离观测值模拟误差的一半,验证了测边网计算模型及程序的正确性。该标定场既可为量测相机提供大尺度标定,也可对激光跟踪仪的测量性能进行不定期检核。

基于多源激光架构提升电力系统刀闸状态识别能力的研究

刀闸作为电力系统中重要的开关设备,其状态的准确判断对于电力系统的运行和维护至关重要。因此,基于多源激光架构设计出电力系统刀闸状态识别的方法。首先,采用了固定位置的多源激光测距架构,用于并行测量刀闸分合状态下接触点的距离。其次,将测量数据经过计算后形成对刀闸分合状态的判据,使用STM32控制器,通过传感器接口电路转换成电信号,然后串接到汇控柜中的电回路中。最终,实现对刀闸状态的实时监测和识别。现场试验表明,所设计的多路激光测距架构能够同时进行多通道的距离测量,从而提高测量效率和精度。此外,该架构具有较高的精度,能快速识别异常状态,并采取相应的控制措施,以确保电力系统的可靠运行。通过所提出的刀闸状态识别方法,能够有效提高电力系统的安全性和稳定性,对于实时监测和控制刀闸状态具有重要的现实意义与应用价值。

附加物方长度约束的三维坐标交会测量

大型粒子加速器等精密工程在加工制造及设备安装等方面对空间三维坐标精度提出了极高的要求,在利用多路绝对激光测距仪进行多边交会测量空间点三维坐标的基础上,在物方(目标点所在物体)上附加高精度长度约束以进一步提高点位精度。以多路绝对激光测距仪的高精度绝对测距性能为基础,通过已建立的三维测边网及免自标定的激光多边交会测量平差模型,得到高精度的目标点空间三维坐标。在此基础上,附加涵盖目标点信息的物方长度约束,建立对应的附有条件的参数平差模型,进行平差解算。实验分析表明,在多边交会测量基础上附加物方长度约束,可提高物方目标点坐标的精度,在8 m×3.5 m×2.5 m的整体实验范围内,点位精度最高提升0.74μm,较原精度提升27.0%。该方法可操作性强,可用于现代装备制造业中高精度大尺寸坐标测量。