双摄像机光笔式三维坐标测量系统研究

基于双目立体视觉传感器三维测量模型和空间坐标变换原理,采用最小二乘冗余算法,讨论了双摄像机测量空间三维点坐标的基本原理,建立了视觉测量系统的非线性测量方程。通过实验验证了双摄像机光笔式三维坐标视觉测量系统建立的可行性。     

基于非平行双目结构的三维坐标解算算法

理想情况下,双目立体视觉模型是平行放置的,三维坐标易于解算。但在实际安装摄像机的时候,光轴无法做到平行,标定所得的重投影矩阵和左右图像匹配都存在误差,影响了三维坐标解算精度。针对此种情况,对非平行双目结构三维坐标解算进行了深入的研究。传统的最小二乘法和归一化最小二乘法都是利用求解联立的超定方程组得到最优解,将最优解看作是空间物点的三维坐标,但是它们都没有考虑所建立的超定方程组所代表的几何意义。从几何学角度出发,推导出一种基于异面直线公垂线中点的三维坐标解算公式,通过在无人机平台上测距实验,验证了此方法比最小二乘法和归一化最小二乘法具有更高的精度。     

基于足间距信息辅助的行人三维惯性定位算法

针对行人惯性导航系统误差随时间累积致使定位精度严重下降的问题,提出了一种基于足间距信息辅助的行人三维惯性定位算法。该算法在零速修正算法的基础上,利用足部安装的超声波测距模块实时测量行人双足相对距离,构建了基于超声测距的足间距约束模型,通过随机森林算法实现行人运动模式识别,并针对上下楼梯场景,利用台阶高度和足间距信息进行高度解算,最终实现行人三维惯性定位。在实际路线上开展了三维定位实验,数据显示,所提算法平面闭环误差为总路程的0.64%,与零速修正算法相比下降了55.56%,高度误差为0.06 m,与零速修正和气压计联合算法相比下降了64.70%,能够实现导航误差在总路程的0.50%以内的三维定位。实验结果表明,所提算法具有良好的工程应用价值。     

多站混合定位系统的平面误差分析

基于应答方式的多站机场航管定位系统可同时采用时差和距离测量技术,应用最小二乘法和误差估计理论,对按圆周均等布站的四站、五站和六站定位系统所做的相对测量误差分析表明,利用二次监视雷达所给出的测距信息,并通过有限增加冗余测站,将能有效的提高多站定位系统的平面定位精度。     

高精度测量燃气轮机叶片前缘的三维轮廓

为了解决高精度测量燃气轮机叶片前缘三维轮廓的难题,提出了一种基于球阵列标定检验方法,直接对金属表面的叶片前缘三维轮廓进行高精度测量的相位轮廓测量系统.通过多角度数据融合算法和非线性最小二乘的递归算法,最后高精度测量出叶片前缘三维轮廓,对叶片前缘16个剖面进行拟合,得出了叶片前缘半径和前缘圆心.结果显示:叶片前缘测量系统、方法和算法的综合误差为±0.03mm.此实验装置和方法测量效率高、精度高,将叶片测量和模型化技术推进了一步.      

鱼雷过靶距离测试方法

通过分析模拟被鱼雷攻击目标的状态,提出了四点布阵测距和二点布阵测距的水听器配置方案,利用坐标转换、中心点法、最小距离法进行距离解算,可有效地对鱼雷过靶距离进行测试,同时,可利用深度信息对二点布阵测距的微量误差进行修正.     

基于不敏变换的动基座传感器偏差估计方法

提出了一种新的基于合作目标的动基座传感器误差绝对配准方法。该方法利用所获得的合作目标位置信息,将载体平台姿态角偏差转换为传感器测量偏差中的一部分,并建立偏差状态方程和测量方程。在此基础上,采用广义最小二乘方法以实现传感器测距误差的估计,不敏滤波的方法则用于实现平台载体的姿态偏差和角度测量偏差的实时估计。仿真结果表明,该方法实现简单,收敛速度快,可以实现单部动基座传感器的偏差估计。     

星基量子定位导航系统的测距、定位与导航

基于量子定位导航系统原理,设计并分析了基于3颗卫星的星基量子定位导航系统的测距与定位过程,包括星地光链路的建立、量子纠缠光的发射与接收、到达时间差的获取、量子定位导航系统的测距,以及用户坐标的计算与导航,并对量子定位导航系统中的每个过程的实现进行了详细的阐述。     

平面度误差的不确定度估计方法及取样点数量的确定

主要阐述在工程测量方案设计阶段,如何采用最小二乘法估算被测要素平面度误差的不确定度和如何确定合理的采样点数,即测量设备的单点坐标不确定度已知时,采用理想点坐标估算法,计算不定乘数系数,继而获得被测要素的采样点数量及其最小二乘法平面度误差的测量不确定度.     

结构光三维视觉系统研究

介绍了结构光三维视觉原理,在广义坐标系中采用投影和透视变换理论建立了结构光三维视觉模型。在此基础上,提出了基于非线性最小二乘法的模型参数标定方法,并建立了结构光三维视觉系统,给出了实验结果。     

无人飞行器集群仅测距初始相对位姿确定方法研究CSCD

针对全球导航卫星系统(GNSS)拒止环境下无人飞行器集群成员间的相对定位问题,研究了一种基于机载惯性测量单元(IMU)、气压高度计与数据链测距组合的初始相对位姿求解算法。首先,在高度计稳定输出较为精确的高度信息的前提下,将飞行器的三维运动解耦成二维水平运动,给出了三维加速度和角速度、测距信息的水平坐标系投影等效模型。在此基础上,以待求量相对位置和航向角的非线性形式构造了新的待求状态量,并将相对位置和航向角的非线性求解问题转化成了新状态量的线性模型最小二乘求解问题。然后,通过引入递推最小二乘算法(RLS),建立了该相对位姿求解算法的实时输出递推形式,有效降低了机载在线计算的负载。接着,对所提算法进行了可观测性分析,并给出了使系统状态量不可观测的几种相对运动形式。最后,对所提算法进行了数值仿真实验,仿真结果表明,该算法能够有效、快速求解初始相对位姿,位置误差在初始相对距离的10%以内,航向角误差在初始相对角度的1%以内。     

基于TOF的UWB可移动基站快速自定位算法

针对运动场中超宽带(UWB)可移动基站的位置获取需要人工测量、定位不方便的问题,提出了基于飞行时间(TOF)的UWB可移动基站快速自定位方法.首先根据基站布局情况确定局部坐标系,建立基于UWB基站间相互测距信息的各基站坐标方程,采用最小二乘法对各基站的坐标进行解算,进而分析其定位误差.最后通过实验验证了算法的可行性和稳定性.实验结果表明,可移动基站平均定位精度在0.05m以内.相对于传统的人工测量方式,基站自定位可有效节省基站布设时间,减少工作量.     

基于红外图像的返回舱被动测距

针对飞船返回段光学设备不能测距的问题,提出一种基于红外序列图像处理的返回舱被动测距方法。该方法选择主伞作为测量对象,利用最小外接矩形算法实现主伞轮廓图像测量,然后基于小孔成像理论,建立返回舱被动测距模型。为了减小图像噪声及边缘模糊对测量精度的影响,使用了前站引导数据修正以及距离值分段拟合等手段。实验结果表明,在没有连续云层遮蔽情况下,该方法对返回舱距离测量是可靠的和有效的。     

风洞试验中模型迎角视觉测量技术研究

 发展了一种基于双相机的风洞试验模型迎角视觉测量技术。即在风洞模型表面绘制或喷涂一些高对比度的标记点,采用两台400万像素的工业相机采集模型的运动图像,然后求解图像的共线方程获得模型表面标记点的三维空间坐标,利用表面标记点坐标最小二乘拟合出一条空间直线,通过不同时刻空间直线单位方向矢量的变化计算出模型的迎角变化。利用精密电子倾斜仪对迎角视觉测量系统进行静态标定,结果表明:迎角视觉测量系统的准确度在0.01°以内。迎角视觉测量系统在2 m超声速风洞中对一尾支撑无主测力天平铰链力矩测量模型的实时迎角进行了测量,结果表明:系统具有很好的响应特性,可以作为风洞试验中迎角测量的一种有效方法,尤其是用于无主测力天平时模型真实迎角和支杆弹性角的测量。     

总体最小二乘算法在自适应信道均衡中的应用研究

分析了最小二乘解产生偏差的原因,推导出了最小二乘解偏差项的数学表达式。提出了一种基于瑞利商的变步长总体最小二乘求解方法。仿真试验表明,总体最小二乘算法的性能优于加权递归最小二乘算法,是一种适用于输入信号端含有噪声的自适应信道均衡算法。     

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.     

递推阻尼最小二乘法及其在火控系统中的应用

由于火控系统误差模型未知且稳定性较差,采用Kalman滤波实现滤波时,其滤波特性较差;而此时最小二乘法是实际工程应用中的常用方法,但是容易产生参数爆发现象。文中提出了一种基于多输入-多输出(MI-MO)系统的递推阻尼最小二乘法,将其应用到火控滤波系统中。仿真结果表明,利用递推阻尼最小二乘法能达到递推最小二乘法同样的精度,且能明显抑制参数爆发现象,达到良好的滤波效果。     

激光跟踪仪与机器人坐标系转换方法研究

为了快速准确求解激光跟踪仪与机器人坐标系转换参数,提出了一种基于工具标定与公共点转换相结合的坐标转换方法。首先,将靶球固定在机器人末端工具上,控制机器人示教6个不同位置,并同时用激光跟踪仪测量球心坐标;然后,采用基于距离约束的方法计算靶球在机器人基坐标系中的位置;最后,采用基于罗德里格矩阵的最小二乘迭代法进行坐标转换。试验表明:该方法操作简单,能够避免拟合误差的影响,提高坐标转换精度。     

一种在线测量平面度误差的新方法

介绍了一种测量平面度误差的二维最小二乘逐次两点设基分离法，设计了一套自动测量实验系统，并且编制了一套满足最小条件的平面度误差数据处理程序。     

双机协同无源定位算法

相较于有源定位,只能利用到达角(Angle of Arrival,AOA)的双机协同无源定位对目标的观测维度很低,这会导致对目标的定位精度低或迭代收敛速度慢等问题发生。对此,利用有限的测量值研究更优秀的算法以提高定位精度具有实际意义。首先,介绍了普通最小二乘法、加权最小二乘法、总体最小二乘法 3种基于最小二乘算法的定位算法;然后,介绍了高斯-牛顿迭代法(Gauss-Newton iteration method,GNIM)和加权工具变量伪线性估计法 (Weighted Instrumental Variable Pseudolinear Estimation Method,WIVPLE)2种基于最大似然估计的定位算法;最后,使用蒙特卡洛法在不同误差条件和几何构型下对这些算法的定位精度进行仿真实验。