光笔式三坐标测量机的蛙跳算法

在用光笔坐标机进行测量时,为了达到要求,经常要采用蛙跳法进行测量。建立了相应的数学模型,推导出蛙跳后的新坐标系和原坐标系的转换关系,先粗略求解它们之间的平移向量和旋转矩阵,进一步给出通过最优化方法精确求解平移向量和旋转矩阵的算法。编程实现此蛙跳算法,结合Matlab进行仿真,并分析误差大小,仿真表明该算法具有一定的实用价值和参考价值。     

一种星下点精确重访约束下的轨道设计方法

针对给定星下点的精确重访轨道设计,提出了一种已知两星下点精确重访约束下的圆回归轨道设计方法。分析了卫星的地心矢量同星下点地心矢量的关系,将精确星下点重访约束轨道设计问题转换为惯性坐标系内的一个动矢量同动坐标系内一个定矢量在惯性系下的重合问题。建立了不同轨道参数各自对应的目标函数,通过对目标函数零点的搜寻确定相应轨道参数,完成轨道设计。计算及仿真结果表明,所提出的构造目标函数并搜索零点的方法能够设计出满足约束条件的轨道,达到了预期目标。     

基于平面靶标的多视点云对齐方法

在大型物体三维视觉测量中,多视点云的对齐是其关键技术之一.设计了一种带有多个间距已知的角点作为特征点的平面靶标.靶标置于视觉传感器在2个不同位置测量的公共区域,2次测得特征点三维坐标.用靶标上任意3个非共线特征点的三维坐标建立单位正交基,从而求得多视点云坐标系初始变换矩阵.以初始对齐后的对应特征点之间距离平方和建立目标函数,并引入距离控制来增加约束条件,以3点求得的坐标变换矩阵为初值,采用Levenberg-Marquardt优化方法解出最优的坐标变换矩阵.采用双目视觉传感器对一石膏像在2个位置进行了测量,实验结果表明该对齐方法简单可靠,优化后的对齐精度比优化前提高了约31%.      

基于粒子群寻优的高精度星敏感器在轨标定方法

星敏感器结构设计与安装过程会产生多种误差,主要误差源有星敏感器像平面主点误差、主距误差、倾斜误差与旋转误差,这些误差影响了星敏感器在轨标定的精度。本文根据星敏感器的误差模型,提出了一种高精度的星敏感器在轨标定方法。在已知含有误差的像平面的基础上,构造一个虚拟的像平面。当粒子群优化算法使含有误差的像点投影到虚拟像平面上的坐标与无误差时像点的坐标一致时,再利用Quest解算出三轴姿态角求得两个像平面之间的姿态矩阵,得出两像平面之间的关系。结果表明：星敏感器姿态确定精度较高且比较稳定。这种方法与传统标定方法的优势在于不依靠陀螺信息,原理简单,提高了数据的准确性。     

曲线曲面的若干几何处理基础算法研究

给出了实用的曲线曲面的离散、投影、直线－圆环求交，空间直线距离计算等算法，曲线用密切圆逼近，采用差商计算离散点参数，算法速度快，根据几何性质构造了点的投影及曲线投影跟踪算法，用拟牛顿法加大收敛范围，利用相关性减少迭代次数，采用矢量方法和局部坐标系技巧，如空间直线间距离计算，直线－圈环求交等常用算法十分简洁。     

三轴转台三轴交汇中心位置对准方法的研究

在导弹仿真系统中,需要设计一个三轴导引头转台来模拟空中导弹的姿态,需要仿真转台的三轴交汇中心与模拟运动球面的球心精确对准。首先在转台地基上设3个基准点,并精确测量在某基准坐标系下3个基准点和球心的三维坐标。为了满足精确的对准要求,本文设计了一种对准方案,利用已知坐标,通过利用两个经纬仪的测量将经纬仪三轴交汇中心引入基准坐标系,再利用经纬仪引出转台三轴交汇中心,以经纬仪为桥梁将球心与转台三轴交汇中心联系起来。通过计算和调整,完成对准任务,最终实现了三轴转台的位置对准。     

基于四元数表示法的机器人基坐标系标定方法

在多机器人协同、运动学参数辨识和机器人离线编程等作业任务下,需要标定出机器人基坐标系在世界坐标系中的精确位姿.提出和实施了一种利用四元数表示法进行机器人基坐标系精确标定的方法.利用指数积公式,建立机器人的运动学模型.利用外部测量设备,测量出5个不共面的工具中心点,并记录对应的机器人关节位形.以基坐标系位姿对应的旋转矩阵元素为变量,建立不相容方程组,并求出基坐标系位姿的初步齐次矩阵.由于测量误差和截断误差,初步齐次矩阵的旋转矩阵部分不能满足单位正交阵的性质.利用四元数的几何约束条件,建立罚函数形式的目标方程,将初步齐次矩阵进行正交化修正.通过一系列的实际机器人的标定试验,验证了该标定方法的正确性,并提高了机器人末端的定位精度.      

基于共形几何代数的空间并联机构位置正解

将共形几何代数(CGA)引入空间并联机构位置正解中,提出了一种空间3-RPS并联机构位置正解新算法。以任意一条支链轴线与静平台平面的夹角为待求变量,基于点的CGA表达方法建立了该支链与动平台连接的铰接点关于待求变量的数学表达式;通过2次构造2个空间球和1个平面的外积,分别获得动平台其余2个铰接点的点对;利用距离公式,只需简单的平方运算可直接推导出该问题关于待求变量的一元16次输入输出方程,进而获得了该机构的全部16组解析解,无增无漏。该方法没有繁琐的坐标变换和矩阵计算,以及复杂的多元高次非线性方程组消元求解。通过数字实例计算表明,求解过程较清晰地揭示出机构运动的几何特点,几何直观性好。     

三自由度球形电机位置测量研究

非接触位移测量对实现球电机的闭环运动控制十分重要.对基于微处理器的光学传感器的测量原理作了分析,阐述了利用二自由度光学传感器测量球电机三自由度位移的测量原理,提出了传感器的安装和位移计算方法.这种方法是通过球面的几何关系,由检测到的x和y坐标方向的位置数据计算出z坐标方向的数据,并根据旋量理论建立球电机运动的旋转矩阵和计算出旋转矩阵的旋转角度.通过仿真结果验证了所提方案的实用性.     

星载立体测绘相机立方镜间姿态标定

介绍了测绘相机立方镜与星敏感器立方镜间坐标系转换关系的标定方法。采用4台自准直经纬仪分别对两个立方镜进行准直测量,建立立方镜坐标系,并推导了基于准直测量角度的立方镜坐标系的旋转矩阵公式;利用经纬仪间短边互瞄方法实现两个立方镜间姿态的传递。标定试验表明,该方法可以标定出两立方镜坐标轴间夹角以及测绘相机间的姿态关系,满足了相机研制要求。     

建立激光跟踪仪地理坐标系与六自由度测量方法的研究

使用三个转换点与已知北向方位的经纬仪,将激光跟踪仪的测量坐标系转换到经纬仪原点的当地地理坐标系。在被测物体上固定三个测量点,构建一个被测轴系,使用三台建立当地地理坐标系的激光跟踪仪,对应上述三个测量点进行点位测量,即可解算出被测轴系在当地地理坐标系下的六自由度参数。采用该方法进行测量可以增加六自由度测量半径与采样频率。     

直管和弯管比较下的疲劳试验台稳定性的研究CSCD

为研究某型航空发动机叶片定寿试验台的压力和加载力的稳定性,通过仿真的方式对其进行了系统研究。首先,用MATLAB/Sim Hydraulics软件建立了液压试验台模型;其次,在系统模型的基础上,分析研究了当前端管路分别为直管和弯管时对系统压力脉动和载荷稳定性不同的影响;最后,改变弯管的弯曲度逐步进行仿真。通过研究发现,弯管环境下的高低周复合疲劳试验台能更好的降低压力脉动,提高载荷稳定性。大弯曲度的弯管可以有效提高试验台载荷稳定性,并在一定程度上稳定系统压力。此研究为试验台液压系统的设计与生产提供提供了必要的指导,可以确定更加准确的叶片寿命。     

一种小天体旋转参数估计方法

小天体旋转参数是科学数据,也是小天体测绘,着陆导航的基础数据.研究一种在小天体探测接近段过程中使用的基于图像上特征点跟踪和扩展卡尔曼滤波器的小天体旋转参数估计方法.该方法首先建立小天体旋转关系模型,表示小天体在相机坐标系中的姿态变化;然后定义小天体旋转的状态方程,推到了扩展卡尔曼滤波器的计算过程.通过对观测图像序列上的特征点跟踪,利用扩展卡尔曼滤波器方法得到小天体旋转轴指向和自转角速度估计.实验中,在仿真相机与小天体相机100 km距离上,分析了相机坐标系小天体坐标系之间的四元数初值,图像上特征点跟踪精度,相机的观测指向等因素对小天体旋转参数估计精度的影响.实验结果表明,提出的基于图像特征点跟踪和扩展卡尔曼滤波器的小天体旋转参数估计方法能够得到具有较高精度的估计结果.     

基于结构光视觉的钢轨磨耗测量方法

分析了基于结构光视觉的钢轨磨耗测量原理,提出一种钢轨磨耗车载动态测量方法.结构光视觉传感器安装在列车底部,测量钢轨内侧横断面轮廓.以钢轨轨腰轮廓作为测量基准,利用最近点迭代(ICP,Iterative Closest Point)算法确定光平面测量坐标系到设计坐标系的旋转矩阵和平移向量,将测量轮廓与设计轮廓对齐,在此基础上计算磨耗值.与已有的方法相比,该方法无需单独设置用于基准测量的视觉传感器,采用同一传感器实现了基准测量和磨耗测量,有效降低了系统成本,操作性强,且无需进行多传感器的全局校准,保证了测量精度.实验结果表明:该钢轨磨耗测量方法具有较好的重复性精度.     

人体变形中局部坐标系旋转失真问题

分析了人体变形中选取3个基轴构建坐标系所存在的缺陷,提出了一种位置-四元数的方法,解决了曲线骨架驱动的旋转失真现象.采用四元数球面线形插值和B样条四元数插值的方法构建人体变形中曲线骨架的局部坐标系,采用位置-四元数-缩放的方式代替传统的转化矩阵,通过人体表面顶点在该坐标系下的绑定,实现人体皮肤、肌肉的变形.试验结果显示:该方法有效地消除了局部坐标系的旋转失真现象,适用限制少,易于实现.     

基于加性对偶四元数的惯性/天文组合导航算法

为了提高惯性/天文组合导航系统在高动态条件下的导航精度,提出了一种基于加性对偶四元数的惯性/天文组合导航算法.该算法将载体的旋转和平移统一起来,使用螺旋矢量更新对偶四元数,同时补偿圆锥误差和划船误差.推导了组合导航系统基于加性对偶四元数的误差模型和导航参数误差的计算方程;把陀螺仪和加速度计的常值误差扩充到状态变量中,随机误差作为系统噪声输入,利用星敏感器输出参数来校正陀螺漂移,通过卡尔曼滤波对状态变量进行估计.仿真结果表明:在高动态条件下,基于对偶四元数的惯性/天文导航算法的导航精度比传统算法提高2倍多.     

三轴相交度的一种测量方法

介绍一种通过激光跟踪仪测量三轴转台三轴相交度的测量方法。该测量方法是利用激光跟踪仪测量出转台内、中、外框上两固定点（靶镜座位置）绕其回转轴线运动时一些位置点的空间坐标,拟合这些点从而构造出两个圆及其圆心,再由两个圆心构造出一条回转轴线。这样,将三轴转台的三条回转轴线构造出来以后就可计算出三条回转轴线两两之间的距离,根据三条回转轴线两两之间的距离就能求出三轴转台的三轴相交度。     

Determination of the Kelvin-Helmholtz Wave Parameters on the Magnetopause in Single-spacecraft Observations

Kelvin-Helmholtz (K-H) waves are formed from the triggeringof the K-H instability on the magnetopause, which is a candidatemechanism for solar wind entry into the magnetosphere, especially undernorthward interplanetary magnetic field conditions. In this study, aK-H wave event was identified from the observation of probe Bof the Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms (THEMIS) mission on 15 May 2008. A new method to determinethe wave parameters of the K-H waves in single-spacecraft observationsis proposed. The dominant wave period is determined by three kinds ofspectrograms for three key parameters, namely the ion density, the iontemperature, and the z component of magnetic field. The phasevelocity is estimated by calculating the center-of-mass velocity of thedetected K-H vortex region. This approximation is validated bycomparison with other alternative methods. The method to determine thewave parameters is a first step to further study K-H wave properties and their relationship with interplanetaryconditions.