基于球几何特征的摄像机内参分步标定方法

在摄像机标定过程中,球形靶标对图像数量、拍摄角度要求小,能够适应遮挡环境,在使用中具有明显优势.在分析球投影模型几何性质的基础上,提出一种利用球靶标分步标定摄像机内部参数的方法.该方法通过拍摄一幅包含空间中2个不同位置球体的图像,得到图像中的2条投影二次曲线;利用2条投影二次曲线的对称轴和公切线计算球心投影点,通过投影二次曲线的对称轴确定图像主点坐标,根据球心投影点和图像主点的位置关系求解归一化焦距;利用整体优化算法得到内参标定结果.仿真数据实验分析了引入测量误差的主要因素,实物标定结果与平面方格靶标方法相比误差在5%之内,重复测量结果稳定.      

USB观测数据时标偏差影响分析与评估

USB系统是目前中国载人航天和月球探测任务的主要测控网.由于USB测量设备本身以及无线电信号传播媒介以及其他误差因素的影响,USB测量数据中包含了各种误差,需要在定轨时对观测数据进行误差修正.通常,例行的USB测量误差修正包括对流层折射修正、电离层延迟修正和通道延迟修正,但对定轨过程中可能影响观测数据计算精度的时标偏差并未作修正.针对USB测距测速观测数据,详细研究了观测数据时标偏差对观测值计算精度的影响,分析了误差影响特性,建立了相应的误差修正模型,并通过与卫星星历偏差对USB测距测速观测值计算精度影响特征的比较,发现时标偏差对测量的影响与轨道沿迹误差对观测计算值的影响等效,这使得在定轨过程中分离时标偏差的难度较大.提出了基于星载GPS定位数据分离时标偏差的方法,并利用某次任务的实测数据,分离出了该次任务中USB测量的时标偏差.最后针对目前USB数据时标偏差影响和观测误差量级相当的情况,建议将目前的观测时标精度提高到优于0.1ms的水平,使得时标偏差的影响降低到比观测误差小一个量级的水平.     

大型舱体螺纹孔位置精度测量方法分析

通过螺纹孔测量试验,获得了三坐标测量机测量的光孔与螺纹孔孔位偏差、激光跟踪仪和三坐标测量机测量的螺纹孔孔位偏差,分析了螺纹孔孔位偏差与其轴线相对端面垂直度的相关性,并获得了螺纹配合的间隙量。试验数据表明,激光跟踪仪和三坐标测量机测量的螺纹孔数据一致性较好,基于测量工装的螺纹孔位置测量数据与光孔测量数据最大偏差约0.2mm,螺纹孔垂直度误差是造成此偏差的一个因素,但螺纹配合的不确定性和容差性使此偏差对螺纹孔的使用影响较小。     

基于遥测姿态变换的外测数据跟踪部位修正方法

外测数据跟踪部位修正对于飞行器飞行试验的高精度轨迹参数获取有着重要意义.提出一种基于飞行器遥测姿态数据和粗略轨迹参数的跟踪部位修正新方法,利用遥测姿态数据确定惯导平台中心与跟踪部位轨迹参数的变换关系,进而由粗略轨迹参数推算惯导平台中心与跟踪部位测距、径向速度、方位角和俯仰角的差异值,实现跟踪部位修正量的准确计算.采用误差传播法对粗略轨迹误差影响下的跟踪部位修正精度进行理论分析,验证了该修正方法在实际应用中的有效性.进一步通过仿真实验和实装实验检验了修正精度.结果表明跟踪部位修正量的计算误差远小于外测系统的精度指标要求,有重要的实际应用价值.     

大尺寸工件直线度视觉测量系统中摄像机标定的研究

根据大尺寸工件直线度激光视觉测量系统的现场标定需要,从分析点结构光传感器模型入手,推导了计算机像平面坐标系到世界坐标之间的映射关系,借助转轴实现系统旋转扫描测量;介绍了系统中摄像机坐标系、传感器坐标系、转轴坐标系、标定块坐标系及全局坐标系等各个坐标系的转换关系,结合测量系统特点设计了特有的靶标,提出了适于大尺寸工件视觉检测系统摄像机参数及全局标定方法。实验表明,该方法快速,可用于现场标定。     

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.     

基于投影约束的C臂外参数优化方法

C臂外参数计算是手术导航系统实现图像空间与手术空间映射的关键环节.标记点提取误差将使外参数偏离真值.采用投影方法系统分析选点误差对外参数计算的影响,发现相机光轴方向平移参数收敛性弱、易受误差干扰.利用不同平面上投影距离之比作为约束对线性方法所得外参数进行修正.借鉴二/三维图像配准方法,采用修正后的估计外参数与已标定内参数进行重投影,根据几何方法直接求出外参数修正量,避免反复迭代优化.仿真结果表明,该标定方法对误差具有一定免疫性,能够提高外参数精度.      

捷联惯性导航系统整体标定新方法

针对不同型号的捷联惯性导航系统(SINS, Strapdown Inertial Navigation System)测量量程及动态性能差异大,而常规标定方法难以提供多动态性信号激励的问题,提出一种利用离心机和转台对SINS进行整体标定的新方法.通过将转台安装在离心机上,调整转台姿态以及离心机旋转速度和旋转半径,可对SINS提供多范围、多运动形式的信号激励,实现对不同参数特性SINS的标定.建立了完整的离心机转台控制模型并对其进行了仿真验证,利用转台依次调整SINS到6个不同位置,控制离心机对每个位置进行正反两次共计12次旋转,即可标定出整个系统的24个误差参数.理论分析表明:该标定方法简单易操作,数据利用率高,激励信号设置灵活,具有一定的工程应用价值.     

三轴转台静态标定缺失点误差的解决方法

提出了一种三轴转台静态位置标定时部分测点误差缺失的解决方法。首先介绍转台静态角位置标定的测试方法,指出测点被遮挡的原因;然后设计用双自准直仪实现UUT型三轴转台中框与外框的连续标定策略;最后提出用数学插补的方法插值缺失点误差的软补偿方案,并由实践证明,最小二乘拟和插值较线性插值误差更小。     

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。     

快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数,在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz,无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移,不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此,提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略,使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数,然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型,推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数,并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明,该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz,同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。     

全方向长期伴飞卫星集群轨道设计与仿真

主要研究在J2摄动的影响下,在中心卫星周围全方向上部署长期相对有界伴飞卫星的轨道设计方法。首先,利用J2不变的条件,由已知中心卫星轨道根数建立伴飞卫星的半长轴、偏心率及轨道倾角之间关系。然后,通过对伴飞卫星和中心卫星之间初始相对位置及轨道根数之间关系的分析,得到伴飞卫星的全部初始轨道根数,使其能够部署到中心卫星周围的任意方向上,从而能实现卫星集群在中心卫星的周围全方向长期有界伴飞。最后,通过轨道仿真验证了该方法的有效性。     

大偏心率轨道星上快速计算方法

卫星星上轨道的计算方法通常有解析方法和数值积分方法等.采用数值积分方法计算量较大,对于大偏心率的探测器任务轨道,解析方法也不适用.通过引入精密轨道与二体轨道的位置差,利用位置差拟合切比雪夫多项式系数,大大提高拟合精度.该方法计算精度高、计算速度快,可以很好地解决大偏心率椭圆轨道的星上轨道计算问题.     

深空合作目标高概率捕获复合扫描策略研究

针对深空目标长距离星间激光通信时间滞后大、光轴抖动明显、不确定区域大的问题,设计了一种基于两级执行机构的抗抖动高概率捕获复合扫描策略。将目标位置不确定区域划分为等大正方形子区域,在子区域内采用光栅扫描,通过快摆镜实现;在子区域间按照光栅螺旋扫描顺序覆盖,通过伺服转台实现子区域间的跳转。然后在考虑光轴抖动的情况下基于遗传算法对子区域大小、扫描光斑重叠大小进行了优化,得到了参数优化后的扫描方案,并通过仿真进行了验证。1000次蒙特卡洛打靶结果表明,在目标位置不确定区域3.6mrad、激光束散角0.1mrad、光轴抖动标准差5μrad的情况下,优化后的扫描方案对目标的捕获概率为99.2%,对不确定区域的扫描时间为41.34s,扫描到目标的平均扫描时间为9.62s。     

基于RTX实时系统测角方法的研究

针对惯导测试转台角速率精度测试要求,开发了在RTX实时系统下,以VC进程建立数据采集,以VB环境建立操作界面的测试程序,便于转台角速率的实时监测及对速率精度的随时检测,具有携带方便,适应性强、测试系统与转台系统相对独立等特点,保证设备运行的可靠性。     

基于航天器解体事件的空间碎片寿命算法

研究了针对航天器解体事件所生成的空间碎片的寿命计算方法.给出了基于NASA标准航天器解体模型的航天器解体算法.该算法生成的一系列碎片参数,将作为寿命计算的初始条件.总结了现有求解碎片寿命的算法,并提出了一种半分析算法.该算法运用平均根数法的思路,计算了在J2摄动项的影响下,碎片的半长轴和偏心率的变化率;并采用微分积分法预报半长轴和偏心率随时间的变化.为了适应时变大气模型,该算法限制了计算步长.通过与数值法的比较分析了算法的计算速度和精度.选用了3种大气模型:SA76、GOST和MSIS-00,分析了不同大气模型在计算碎片寿命之间的差异.通过与P-78卫星解体事件的实测数据对比验证了整个算法的正确性.      

两种J_2摄动模型下卫星编队相对位置误差分析

为了研究一个轨道周期内卫星和卫星编队的运动规律,在J2摄动理论基础之上,采用摄动加速度分析方法,给出了J2瞬时摄动模型。以近地太阳同步轨道卫星和双星编队为例,与只考虑J2一阶长期项的平均摄动模型比较,仿真分析结果表明,对卫星而言,一个轨道周期内,卫星半长轴相对平均半长轴漂移达到18km,偏心率相对平均偏心率漂移达到10-3量级,轨道倾角相对平均轨道倾角漂移达到0.01°,即由于J2瞬时摄动的影响,卫星运动发生了摄动;对双星编队而言,一个轨道周期内,两星相对位置的径向误差达到5km,沿迹向误差达到19km,法向误差相对较小,在10-2量级上,相对距离的误差达到了19km,随着时间的推移,误差会越来越大。     

On the possibility of detecting some terms of the diurnal polar motion by the study of satellite orbits

The high precision of satellite laser ranging data obtained by the laser stations and the improvement of the models of forces acting on the satellite permit us to estimate the pole position with a few milliarsecond precision. In addition to the well-known precession and nutation in a space-fixed system the earth's rotation axis is affected by a diurnal motion which is superimposed to the polar motion in the terrestrial system. However, the way the pole position is usually estimated by determining a constant value and assuming a linear drift over a few days, the diurnal polar motion is averaged to zero.After some study of the geometry of the system and the relation between the diurnal polar motion and the satellite orbit, we have performed a series of simulations to see if this variation can be separated from variations in the orbit. The main result is that a specific quasi-diurnal term (corresponding to the fortnightly term in space) can be estimated with a milliarcsecond accuracy. Due to the effect of the tides at the same frequency, no significant value has been determined using real data.     

基于相位差的转轴扭矩测量中的零位识别与处理

提出了一种基于相位差原理的转轴扭矩测量中的零位识别与处理方法。采用两路反射式模拟输出激光光强传感器和对应的反射色带，形成两路标准的正弦信号，通过同步采样和幅度归一化处理，得到两路信号的瞬时相位差，并依此实现对转轴扭矩载荷的测试，克服了以往基于脉冲信号测量中无法在静态条件下进行零位校正的困难。对该系统实现的关键技术和参数进行了分析，通过模拟信号输入和标准扭转试验台验证了本文所提出的方法的应用效果。理论和实验结果表明，该方法不需要转轴转动，就可以准确识别其零位，从而大大降低了该技术在现场使用中的调校要求。