飞机大部件对接中的位姿计算方法

在飞机的大部件对接中,为了达到较高的对接精度,需要准确地分析大部件的位姿,因此大部件位姿计算方法是首先需要解决的问题.本文简要介绍了奇异值分解法、三点法、最小二乘法计算位姿,并以三点法计算的结果作为最小二乘法的初值.比较了3种方法在点无误差和有误差时的部件拟合误差,分析了测量点的个数对部件拟合误差的影响,讨论了误差对部...     

空间站机械臂位姿测量中合作靶标的快速识别

 空间站机械臂在完成辅助对接或者目标抓捕时,需要实时求取机械臂上的视觉传感器与目标上的合作靶标之间的位置和姿态,而其前提条件是合作靶标的快速识别。本文提出了一种合作靶标的快速识别算法。算法分为3大步骤:首先用Sobel算子和改进的非极大值抑制算法提取靶标图像的单像素边缘;然后将每条边缘分为两段,分别采用最小二乘法进行圆拟合,若两段拟合结果相似则该边缘属于圆形;最后根据圆形的大小在每个圆形周围开出一大一小两个正方形窗口,统计在两窗的补集内距离圆心较近的直线数量,若直线数量满足规定条件则认为是合作靶标。利用手眼相机、六自由度转台和合作靶标对算法进行了验证,实验结果表明该算法能在1.5 m的距离内准确识别合作靶标,且不受光照条件影响。合作靶标的识别算法快速、稳定、抗干扰能力强。     

基于遗传算法和最小二乘法的曲面匹配

 针对基于最小二乘法的 ICP曲面匹配算法难以处理待比较曲面的局部大变形问题,提出一种改进算法。即采用遗传算法确定曲面初始相对位置以保证匹配优化结果为全局最优值,利用 ICP算法匹配结果构造偏差阈值,以此阈值过滤点群后再以最小二乘法进行匹配处理,消除局部大变形影响,获得合理的变换矩阵。以此变换矩阵变换初始点群再进行误差计算,从而获得理想的匹配结果。试验表明,该准则对局部大变形的处理效果优于常规的最小二乘 ICP曲面匹配算法。     

非线性偏最小二乘回归法在均匀设计响应面法中的应用

 针对目前多维变量可靠度分析中广泛应用的均匀设计响应面法(RSM),指出了使用最小二乘(LS)法拟合拟线性回归模型时存在的局限性,并提出采用拟线性偏最小二乘(PLS)法来回归响应面系数。由于拟线性回归法限制了模型的形式,精度提高有限,结果也很不稳定,因此又提出用基于样条变换的偏最小二乘回归模型代替拟线性回归模型并用于结构失效概率的计算,既能处理最小二乘法无法解决的变量间多重相关性的问题,又能避开拟线性回归中预先对模型形式的假定。通过算例验证了基于样条变换的偏最小二乘法的适用性和有效性,尤其对于多维变量非线性程度较高的可靠度分析,与普通最小二乘法拟合的响应面相比,其模型更加精确,失效概率精度更高。     

基于四元数的单目视觉物体位姿测量方法

对基于点特征的单目视觉定位算法进行了研究,设计了一种5点平面靶标,在五个特征点的基础上提出了一种基于四元数的单摄像机位姿测量方法。建立了四元数空间变换矩阵,然后再根据特征点在世界坐标系下的坐标值以及特征点在CCD成像面上的坐标值,在空间投射的基础上利用最小二乘法求解出靶标的四元数空间变换矩阵,从而求得靶标的空间位姿。通过实验对该单目视觉定位方法进行验证,实验结果表明：测量模型平移定位精度达到了,旋转定位精度达到了。     

基于数据拟合提高非球曲面面形精度的方法

介绍了采用LVDT在线测量非球曲面的原理,并给出最小二乘数据拟合处理方法;通过试验加工球面和非球面元件,利用LVDT测量头进行在位检测,评估面形精度,经数据拟合插补和误差控制,并采用激光干涉仪测量验证后表明,该算法可以应用于高精度非球面测量及加工误差补偿程序,以提高非球曲面加工精度.     

单晶金刚石刀具精密检测与评价方法研究

针对单晶金刚石刀具刃口轮廓精度的精密检测方法进行研究,首次利用形位误差仪、通过测量刀具后刀面精度的方法来反映刀具刃口轮廓精度,并基于改进后的最小二乘圆拟合方法完成刀具精度评价.通过实验,实现了形状精度在0.05μm尺度的测量,验证了本方法的有效性.     

一种基于新三维随机Hough变换的航迹起始算法

针对雷达跟踪多目标时,目标点迹受杂波、噪声等因素影响,航迹起始难度大的问题,利用三维空间直线表示方法提出了一种4参数三维Hough变换算法.该算法是对传统二维Hough变换的拓展,它结合了传统的二维随机Hough变换理论,是一种新的三维随机Hough变换算法.通过该算法对理论数据和实测数据进行验证,结果表明,对于航迹区别较大的目标,该算法的航迹起始成功概率为98.5％;对于空间航迹相近的目标,该算法可成功将目标航迹从杂波中提取出来,虽然可能会出现航迹混淆,但利用目标先验信息可解决该问题,实现航迹起始.     

基于无序点云的叶片截面特征参数提取

针对提取航空发动机叶片截面特征参数的实用性要求,研究了基于无序点云数据的叶片截面特征参数提取方法.综合距离法和二分法的优点,采用基于矩形腐蚀法的距离-二分法对点云数据排序,基于最小包容区域直线和最小二乘圆拟合,提出了将整条叶片截面点云数据分割成前缘、后缘、叶盆和叶背4部分的自动分区方法,对特征参数提取方法做了研究并用VC++进行算法实现,使用UG/OpenGrip生成UG中叶片截面上的点云数据进行实验运算,计算精度达到10-4mm,表明在实际测量和参数提取中算法误差可以忽略.      

基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案

为检测整机发动机管路是否满足最小间距的设计要求,提出了一种基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案,方案包含5个步骤:①从点云数据中划分出不同管路的数据;②基于管路点云数据的空间分布构造等间隔栅格,计算栅格中心点作为管路的趋势线数据;③在管路各趋势线数据点位置上构造垂直平面,将管路点云数据投影到最近的垂直平面上,获得各个垂直平面上呈圆弧状分布的投影点数据;④对各垂直平面上的投影点数据进行最小二乘圆拟合,得到拟合圆圆心及其半径值,将拟合圆圆心作为管路中心线数据;⑤采用遍历法计算两条管路中心线数据的最小间距,中心线最小间距分别减去两条管路的半径值则得到两条管路的表面最小间距。通过12条管路验证了方案的准确度。实验结果表明:管路最小间距偏差在-0.35~0.46mm之间,管路半径偏差在-0.08~0.22mm之间。该方案的实施有助于管路间距数字化检测的实现,且方案的计算结果具有较好的鲁棒性。      

一种面向对缝测量的双线结构光光条中心提取方法

针对双线结构光对缝测量系统中光条中心的提取问题,提出一种基于自适应阈值和傅里叶拟合的光条中心亚像素提取方法。该方法根据双线结构光光带截面灰度呈近似周期性分布的特点,先采用骨架细化法获得条纹中心初始位置,再通过均方灰度梯度求取骨架上每一点的法线方向,然后采用自适应阈值法提取出条纹各列法向宽度值,最后利用条纹法向宽度内的灰度值数据进行傅里叶拟合,求取拟合曲线的峰值,连接峰值点得到光条的中心线。试验结果表明,该方法提取的光条中心点到中心点拟合直线的平均距离为0.1182个像素和0.1428个像素,优于骨架细化法和高斯拟合法,并且该方法能够一次完成两根结构光光条中心的精确提取,对缝的测量精度能够达到0.04mm。     

一种基于功率谱估计的图像相位匹配方法

相位相关法作为常用的相位匹配技术在使用中会遇到相位卷绕问题,一般频域求解方法需要进行相位解绕和最小二乘或RANSAC拟合,但相位解绕过程繁琐,且最小二乘拟合法易受噪声干扰,RANSAC拟合方法时间开销大.为此,提出了一种基于平均周期图法功率谱估计的相位匹配方法,将空间域问题转化到频域内求解,并成功规避了相位解绕步骤,相位匹配精度达到了亚像素量级.与经典频域分析方法对比,方法可在规避相位解绕的同时获得精度相当的有效结果.最后对方法的分辨精度进行了仿真分析,实验结果证明能够达到亚像素级的视差分辨率,为相位匹配在频域中的研究提供了新的思路.     

一种宽带信道群时延测量方法

针对VLBI(Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量)系统直接相位差分法的群时延测量精度与分辨率存在矛盾,以及线性最小二乘拟合法不适用于群时延失真链路的问题,采用一种基于非线性拟合的宽带信道群时延测量方法,对出现的问题进行分析与仿真,同时进行了实验验证并获取到实测数据。仿真表明,基于非线性拟合的宽带信道群时延测量方法适用于非线性相位系统,而且群时延的测量精度优于直接相位差分法2个量级。实测数据表明,在270~370 MHz频段内,传统的直接相位差分法和线性拟合测量法已失效,而该方法群时延的测量精度优于0.1ns,由此验证非线性拟合法能够以较高精度进行附加相位和群时延特性测量。     

一种基于亚像素匹配的高精度视觉定位方法

大多数应用到无人机景象匹配导航中的匹配算法都只能满足像素级精度,且当无人机利用景象匹配定位时图像之间往往存在较大的视觉差异,这种情况下图像匹配精度低且性能会急剧下降。所以选用具有仿射不变特性的特征点进行匹配,结合高斯亚像素拟合原理及特征描述符简化方法,并采用渐进采样一致性(PROSAC)算法剔除误匹配点,最终实现亚像素级的景象匹配定位。实验结果表明,采用此方法可以大大提高图像匹配的精度,提高到0.05像素以内。     

基于样条拟合和双向滤波的助推段弹道估计

三次B样条拟合在助推段弹道估计中应用广泛,但存在弹道两端点邻域估计误差过大的问题.通过对B样条基函数矩阵的特性进行分析,发现其原因为端点邻域估计时能利用的有效观测数据最少.因此,提出一种基于样条拟合和双向滤波相结合的弹道估计策略：首先将双星观测数据利用无迹变换转换为等效位置观测;然后利用三次B样条拟合弹道;最后基于一种自适应卡尔曼滤波器,采用双向滤波策略改善样条拟合的端点估计精度.仿真结果表明：组合方法使样条拟合的端点估计误差减少40％,同时使估计弹道更平滑.此结果满足实时性要求.     

基于点集合并的修正Hough变换TBD算法

在低信噪比条件下,基于Hough变换的检测前跟踪算法是进行强杂波背景下目标航迹检测的一种手段。本文针对Hough变换后一个目标产生多条可能航迹以及航迹内可能存在杂波点的问题,提出了一种基于能量最大点和点集合并的修正Hough变换检测前跟踪算法。该算法利用量测点时序、能量信息及目标速度先验信息对Hough变换后点迹进行关联和剔除,能够有效的对目标原始航迹进行回溯。针对高斯噪声背景下的飞行目标,仿真结果表明该算法能够对微弱目标进行有效检测,在目标数目、杂波密度、信噪比发生变化的条件下仍能保持较高的检测概率。     

强磁干扰环境下磁航向误差补偿技术研究

解决强磁环境下磁强计易受干扰的问题,能够提高微型姿态参照系统航向角测量精度。建立了磁强计误差两次补偿模型,首先采用椭圆坐标修正法对磁强计进行罗差补偿,以减小环境磁场的干扰;其次采用最小二乘拟合法对获得的磁航向角进行二次补偿,提高系统航向角测量精度。试验结果显示：系统航向角测量值的误差均方值由补偿前的3．982°降为补偿后的0．386°,精度提高近10．3倍,表明该补偿方法能够有效降低磁场环境的干扰,提高系统航向角测量精度。     

一种线运动扰动环境下基于惯性凝固系抗干扰自对准优化算法研究

传统惯性凝固性对准技术可有效隔离角运动干扰环境对捷联惯导自对准精度的影响,但对线运动环境下的抗干扰能力不足.据此,在深入分析线运动干扰对捷联惯导惯性凝固系下自对准精度影响途径之上,对线运动干扰环境划分为速度周期波动、突跳以及速度短期线性漂移.提出采用积分降噪、载体惯性系速度递推拟合与基于带遗忘因子递推最小二乘的速度慢漂提取技术相结合的抗干扰自对准优化算法,并进行了试验验证.试验结果表明,本算法可在5min内实现1.3mil的抗干扰自对准精度.