Improvement Detecting Method of Optical Axes Parallelism of Shipboard Photoelectrical Theodolite Based on Image Processing

An improvement detecting method was proposed according to the disadvantages of testing method of optical axes parallelism of shipboard photoelectrical theodolite (short for theodolite) based on image processing. Pointolite replaced 0.2'' collimator to reduce the errors of crosshair images processing and improve the quality of image. What’s more, the high quality images could help to optimize the image processing method and the testing accuracy. The errors between the trial results interpreted by software and the results tested in dock were less than 10'', which indicated the improve method had some actual application values.

并联结构轴系回转误差建模及装配优化

为提高光电经纬仪等二维转台的轴系运动精度,本文基于雅可比旋量理论建立了一种可考虑零件结构误差及其耦合放大效应的数学模型。针对“一端固定、一端游动”的轴系结构,提出了局部并联结构的分析方法。通过数值仿真分析,获得了各零件结构误差对轴系运动精度的影响以及最优的轴系装配方案。光学口径为650 mm的光电经纬仪的装调结果表明:装配优化后的轴系运动精度较优化前提高了32.1%。所构造的轴系运动精度模型及优化方法为指导光电经纬仪等二维转台的轴系装调以及公差设计提供了一定的理论根据。

一种红外经纬仪-雷达引导方法的设计与研究

光学经纬仪和弹道雷达都是重要的靶场测试设备。针对弹道雷达在目标飞行初始段存在盲区无法短时间捕获目标的问题,提出在弹道坐标测量过程中主动段光学经纬仪实时交会引导雷达跟踪目标,中末段弹道雷达引导经纬仪对目标继续成像的经纬仪-雷达配合跟踪策略,从而克服单一传感器的局限和不足。开展了理论分析并设计实地实验,验证方法的可行性和有效性,为提升空中目标跟踪标捕获率和丰富靶场弹道坐标测量方法手段提供借鉴和参考。

光电经纬仪单站空间余弦及多站面面交汇的飞机姿态测量

为了实现飞机姿态的测量,提出用光电经纬仪单站空间余弦姿态测量方法及多站面面交汇测量方法来获得飞机姿态参数。经纬仪单站加距离信息测量飞机姿态时,采用穷举法获得飞机轴线上的特征点,利用空间的位置关系获得空间姿态参数;经纬仪多站交汇方法获得飞机飞行姿态参数时,首先采用Hough变换对二维平面图像拟合获得目标中轴线,然后计算原点到目标的中轴线的垂直距离及原点到目标的中轴线的法线与X轴正向的夹角,获得目标在二维平面的直线方程。目标图像的二维中轴线与摄影系统的光学中心唯一确定了一个空间平面,采用面面交汇的方法,获得空间中轴线,得到飞机轴线的偏航角及俯仰角。实验结果表明,单站测量目标姿态在距离<6000m时,姿态角测量误差<1°;多站测量目标姿态在交汇角为30～150°时,姿态角测量误差<0.6°。精度比对结果表明,本文采用的数学模型正确、算法合理,有效提取了飞机的姿态参数。

靶场适用的光电经纬仪光轴平行性检测

针对可换负载式光电经纬仪更换成像探测组件后的光轴平行性检测,提出了一种靶场适用的光电经纬仪光轴平行性检测方法。该方法在正倒镜状态下拍摄方位标,结合经纬仪角度测量结果和方位标距离测量结果计算方位标十字丝中心在成像坐标系下的坐标,通过基于坐标变换推导的光轴平行性检测公式计算成像光轴相对理想照准光轴的偏差,从而实现对光轴平行性的检测。对该方法的检测精度进行了分析,结果表明成像系统投影中心坐标测量误差和距离测量误差对光轴平行性检测误差随着方位标距离增大而减小,当方位标距离为1 km、坐标测量误差为1 cm时,坐标测量误差和距离测量误差对平行性检测精度的影响约为0.01 mrad;当方位标距离足够远时,平行性检测精度与成像系统的角度测量误差相当,能够满足靶场使用需求。

平行度测试仪原理及其测量精度分析

平行度测试仪是检测大型光电经纬仪多光轴系统平行度的设备,要求平行度测试仪的精度要达到0.5″。方法是利用一块反射镜和两块五棱镜将一束准直光束分光成两束平行光束,大型经纬仪的两个光学系统分别接收这两束平行光,两束平行光所成像的脱靶量差值即为两光学系统的光轴平行度。利用两个精度为0.1″的自准直平行光管和一块平面反射镜检测平行度测试仪精度。经检测标定后平行度测试仪的精度可达到0.5″,能够很好的满足检测平行度为2″的光学系统的检测。

基于构建最优函数提高飞机姿态测量精度

提出了基于构建最优函数来提高飞机姿态测量精度的方法。首先,利用模板匹配法获得飞机在两个测站投影的同名特征点,在发射坐标系下采用交会获得飞机同名特征点的坐标值,根据飞机在空间的特征三角形解算飞机姿态的初值。然后,建立飞机体坐标系;利用成像的共线方程,重新计算空间特征点对应的像点坐标;以重投影结果与实际像点之间的偏差最小作为优化目标函数。最后,通过迭代提高目标姿态解的精度。实验结果表明,飞机轴向成像在大于500pixel时,姿态角测量误差小于0.1°。与中轴线法及飞机角平分线方向向量法测量精度比对,本文提出的方法采用的数学模型正确、算法合理,有效地提高了飞机姿态的测量精度。

基于电子经纬仪的双目CCD测量系统的标定研究

介绍了一种实验室里使用电子经纬来进行双目CCD摄像机交会测量系统的内外部参数的标定方法,这种方法精度较高、较为方便。并给出了交会测量的数学模型,并对该姿态测量的仿真系统的测量精度进行了计算与分析。试验证明如果合理布站测量系统坐标点的提取精度可以达到0.5mm以内。

一种基于Hermite函数约束的光学经纬仪多站定位方法研究

传统光学几何交会方法中采用的方向余弦定位法因其算法简单清晰一直广泛应用于工程实践,但该方法受空间几何关系影响较大,对测元误差抑制能力差,因此定位精度并不理想,而且不能多站同时定位计算。为此提出一种基于Hermite函数约束的光学经纬仪多站定位解算方法,称为函数约束误差模型弹道最佳估计(EMBET)方法。该方法首先在采用Hermite函数表征目标定位参数以压缩待估参数数量的基础上进而实现对光学经纬仪测元的数学表征,然后将多站多测元观测数据组成联合测量方程,最后依据最小二乘准则优化解算方程获取目标定位参数,并具有对测元系统误差校准的能力。结合仿真实例计算,对方向余弦定位方法和函数约束EMBET方法进行了比较分析,验证了函数约束EMBET方法在光学经纬仪多站定位中具有更高的定位精度和更强的实用性,为工程应用提供了参考依据。

光测设备数据交汇计算方法研究

通过对靶场试验中传统数据交汇计算方法的分析,针对光学装备数据交汇计算中存在的目标在基线附近精度畸变的问题,提出了一种新的数学模型"最短距离法".该方法与水平投影法和垂直投影法的数据交汇计算方法相比,具有计算精度高和适用范围广等优点,拓展了采用光学装备进行测量的适用范围,大大提高了测试装备布站的灵活性.

光电经纬仪机电耦合动力学模型仿真及分析

在ADAMS环境下对光电经纬仪进行了建模及仿真,发现两轴的转动之间存在相互扰动,并在光电经纬仪刚体动力学以及陀螺力学基础上对两轴运动进行了解耦分析.在此基础上,利用Lagrange-Maxwell方程对经纬仪内部各环节进行了详细分析,分别针对两轴运动建立广义坐标系,推导出可直接用于控制系统建模的机电耦合动力学方程.

光电经纬仪外场星校方法的理论与实践

研究了光电经纬仪外场星校方法 根据“X型号光电经纬仪”的探测能力建立了星库、星表 讨论了利用拍星数据解算各项误差的方法 。

光学经纬仪三坐标测量系统的计算方法及误差分析

用光学经纬仪可以对超大工件的形状和位置进行检测。根据经纬仪测量系统的测量原理,对较大范围内检测点的空间坐标计算方法及其误差进行了探讨;通过对系统误差来源的分析,为超大工件三坐标测量系统性能检测规范的制定提供了帮助。

雷达-光电经纬仪联合定位模型及误差分析

在现代靶场测量系统中,将不同测量设备测量数据进行融合处理以提高系统的综合测量水平和设备的使用效率。利用部署在光电经纬仪附近的雷达,建立雷达-光电经纬仪联合定位模型,将测角信息和部署在其附近雷达的测距信息进行数据融合,可以得到目标相对于经纬仪的距离,从而确定目标的空间三维位置;分析了定位模型的主要误差来源和典型情况下的误差情况。其结果表明,在典型情况下雷达经纬仪联合定位模型距离定位误差与雷达测距误差基本相当。

光电经纬仪中激光测距装置光学系统的设计

阐述了在光电经纬仪上应用激光测距装置的重要性,即可实现单台经纬仪确定目标位置。分析了激光测距的原理及测距方程,最后针对光电经纬仪的结构特点,对测距装置的光学系统进行了设计。

大视场电视经纬仪摄像系统的标定研究

利用电视经纬仪的跟踪测量功能,以平行光管作为目标,实现了对摄像系统重要参量的精密测量.结合高准确度轴角编码器,可以对焦距进行标定.通过方位和俯仰方向的角位移,利用镜头畸变的轴对称性,可以确定光轴的位置.对整个视场进行抽样采点,得到一个畸变的网格场,通过拟合得到畸变系数,可以进行高准确度畸变修正.

卫星星等的可见光电视测量方法

提出一种可见光电视实时测量卫星星等的方法,分析了在实际运用中存在的约束条件,利用光电经纬仪对某卫星星等进行了测量;并分析了此测量方法的精度。实际证明,该测量方法具有很好的推广价值。

火炮炮管静态定向角测量系统研究

本文提出了一种用激光光电经纬仪来测量火炮炮管静态定向精度的方法。应用组建的测试系统对炮管的高低角、水平角静态定向精度进行了测试 ,并对测试结果进行了精度分析与计算 ,最后绘出了精度曲线图 ,结果表明 ,此方法的测量精度满足 0 .1mil的精度要求。此外本文利用旋转矩阵的通用表达式推导出了火炮竖轴倾斜误差Δr1、炮耳轴与竖轴不垂直度误差Δr2 和炮膛轴线与炮耳轴不垂直度误差Δr3三种误差对炮管定向精度影响的关系式 ,以此作为火炮生产时建模的依据 ,可以用来指导火炮的生产 。

高空光测系统误差的恒星法修正

在高空目标光学测量中,由于设备和环境条件的影响,数据存在一定的系统误差,系统误差修正是获取高精度位置参数的关键。针对高空光测系统误差修正问题,首先分析了80km以上目标光测数据的系统误差来源,建立了高空目标光测数据的系统误差模型,提出了基于恒星的修正方法,对大气折射误差和设备轴系误差进行联合修正。为验证方法的有效性,将该方法应用于实际高空光学测量,实验结果表明修正效果明显,可使系统误差修正精度提高到2″。

高速实时光纤图像传输系统的实现

为提高光电经纬仪上图像传输系统的性能,设计了利用现场可编程门阵列(FPGA)的Rocket IO IP核,完成了Camera link并行接口与光模块串行接口的相互转换。通过自定义的图像传输协议,搭建了图像传输系统与各个分系统的互联平台,实现了高速图像实时传输至机下进行处理、显示和记录,同时在该光纤通道上复合传输相机控制命令和外同步时序。阐述了系统总体结构思想,发送端和接收端的软、硬件设计,介绍了Rocket IO关键属性、数据包收发状态机、图像传输协议等。实验结果表明,系统工作速率达2.5Gb/s,传输链路稳定、可靠、无误码,突破了传统光纤传输协议的开源局限,用户可直接使用光纤串行数据信息,减少导电环配线量,具有传输带宽高,图像质量好,抗电磁干扰性能强等优点。系统经过测试验证并已应于到工程项目中。