卫星装配用激光跟踪仪支撑架转换接头设计

针对传统的跟踪仪无法有效拾取较高位置或较低位置空间目标的现状,提出一种激光跟踪仪精测支撑架转换接头工装设计方案.该工装连接跟踪仪测量头与经纬仪支撑架,由挡板、转换接头主承力件、螺旋式对接环组成.其中主承力件上端与激光跟踪仪相连接,下端与经纬仪支撑架相连接,可实现通用化.因经纬仪支撑架可在高度30～400 cm的范围内调节,使得跟踪仪在高度范围拓展了测试空间.这一工装降低了传统方法中在架梯放置经纬仪带来的测试误差,有效地解决了测量目标在1m以下2m以上高度范围的精测难题.成果在保障测量可靠性与实验安全性的前提下,用较低的成本提高了生产作业效率,具有一定的过程推广价值.     

卫星装配用激光跟踪仪支撑架转换接头设计

针对传统的跟踪仪无法有效拾取较高位置或较低位置空间目标的现状,提出一种激光跟踪仪精测支撑架转换接头工装设计方案.该工装连接跟踪仪测量头与经纬仪支撑架,由挡板、转换接头主承力件、螺旋式对接环组成.其中主承力件上端与激光跟踪仪相连接,下端与经纬仪支撑架相连接,可实现通用化.因经纬仪支撑架可在高度30～400 cm的范围内调节,使得跟踪仪在高度范围拓展了测试空间.这一工装降低了传统方法中在架梯放置经纬仪带来的测试误差,有效地解决了测量目标在1m以下2m以上高度范围的精测难题.成果在保障测量可靠性与实验安全性的前提下,用较低的成本提高了生产作业效率,具有一定的过程推广价值.     

光电经纬仪跟踪架水平轴系设计及精度分析

光电经纬仪跟踪架的轴系精度直接决定着整个设备的测量精度.针对主镜口径1m的光电经纬仪跟踪架的水平轴系,对水平轴系精度的影响因素进行了分析,通过相应设计及计算,得到跟踪架水平轴系的晃动误差RMS值≤1”,并通过对水平轴系的精度检测验证了上述结论,实现了高精度轴系的设计要求.     

用16位单片机进行坐标变换及数据通讯

光学靶标在室内模拟了电影经纬仪的现场工作状态,其运动轨迹与经纬仪相应运动轨迹间的关系由特定坐标转换公式所确定。本文采用 MCS-8098单片机实现了该变换,并模拟了电影经纬仪现场所使用的传输结构,从硬件和软件上实现了在计算机引导下,电影经纬仪对靶标的跟踪。     

异面交会法在光电经纬仪中的应用

光电经纬仪实时只能测得空间目标所在的方向线.为快速确定目标的瞬时位置,提出一种异面交会计算方法.该方法利用空间两异面光轴公垂线估计交会点位置.结果表明,该方法既可提高光电经纬仪实时的目标跟踪定位能力,也可为其他测量设备提供目标的引导数据.     

组合Kalman隔点预测法用于跟踪机动目标的仿真研究

将Kalman预测法用于经纬仪跟踪机动目标,对不同靶标旋转速度下的机动目标跟踪进行了仿真研究.提出了状态方程输入矩阵G(k),用以弥补等角速度方程的加速度项.根据Kalman预测曲线与实测曲线误差的标准方差最小原则,确定了状态噪声与测试噪声的方差比值Q/R,并优化了适合经纬仪的比值Q/R.提出了组合Kalman隔点预测法,进行了1,2,3个隔点的仿真预测研究.仿真结果表明,组合Kalman隔点预测法可以实现经纬仪隔点跟踪目标.     

准动态测量仪器动态特性的研究

建立了双经纬仪空间坐标准动态测量实验系统 ,通过在不同跟踪速度下对电子经纬仪和双经纬仪测量系统动态精度标定实验 ,分析了准动态测量仪器的动态特性     

一种基于电子经纬仪的机械臂运动精度测试新方法研究

基于电子经纬仪首次提出了一种全新的机械臂末端执行器位姿精度测试方法。利用该方法对一种6自由度机械臂末端执行器的位姿精度进行了实测,与用激光跟踪仪所测数据进行了对比,两者之间的最大差值小于1mm,结果表明这种方法切实可行。     

应用跟踪误差等效模型评价光电经纬仪跟踪性能

针对目前光电经纬仪跟踪性能室内检测方法的缺陷,提出了评价光电经纬仪跟踪性能的新方法。基于系统辨识理论建立了光电经纬仪跟踪误差等效模型,将等效正弦信号输入等效模型,通过对模型输出进行数据处理来评价光电经纬仪的跟踪性能。介绍了建立等效模型的原理和等效模型阶次,给出了根据光电经纬仪检测指标进行等效正弦信号设计的方法。为得到精确的模型参数,采用动态靶标目标角频率连续调制模式实现了对光电经纬仪动态性能的持续激励。仿真和实验结果显示,得到的跟踪误差等效模型估计误差均值为(2.5872×10-6)°≈0°,最大值为1.8″,标准差为1.1″,表明建立的等效模型能够满足跟踪性能评价要求,实现了对光电经纬仪跟踪性能的合理、准确评价。     

全自动自准直经纬仪轴系精密伺服驱动系统

针对传统电子经纬仪轴系手动操作的不足,设计轴系直流电机伺服系统以实现其自动化操作.以控制计算机为上位机,负责对加装在电子经纬仪中的面阵CCD相机采集到的图像进行图像处理,得到角度偏差并将此偏差信号输入到加装在电子经纬仪中的dsPIC30 F6012A芯片.由控制芯片依据控制算法运算处理后得到电机驱动信号并经驱动放大后控制电机转动.位置控制算法选用积分分离式PID算法.实验结果表明:加装电机后的电子经纬仪在实现了轴系自动转动的同时能保持其原有测量精度.     

基于光学传输矩阵的电动二维转镜读数修正

针对数字式二维转镜在光学转像时产生的转角值与实际像移不一致的问题,提出了一种运用光学矩阵修正读数误差的方法。根据二维转台对准读数检测原理建立数学模型,得出修正后的出射光线的俯仰角及方位角。为了验证上述模型的正确性,采用高精度经纬仪对修正后的出射光线方向进行校对。经实验对比,该方法在不提高加工安装精度的情况下修正了二维转镜的读数误差,其精度达到4″。     

光电着舰引导系统的视轴稳定

为了提高光电着舰引导系统的视轴跟踪精度和指向精度,研究了如何隔离舰体运动对光电经纬仪视轴的扰动。对舰载光电经纬仪进行建模,引入了各种扰动力矩。设计了超前滞后控制、线性二次高斯恢复（LQG/LTR）控制和H∞控制3种控制器来提高系统的性能和稳定性,详细研究了Kalman滤波和H∞加权矩阵的设计。在Matlab中对设计的控制方法进行仿真,并在摇摆台进行了试验验证。在时域、频域响应和稳定性能等方面对3种控制器进行的对比实验表明,LQG/LTR控制和H∞控制结果满足设计指标要求,稳定隔离度达到50 dB以上。基于提出的方法,经纬仪可以对着舰飞机进行稳定跟踪和精确轨迹测量,实现着舰引导。     

“高分二号”上相机和星敏感器相对安装姿态的测量

为了精确测量"高分二号"(GF-2)卫星上相机和星敏感器的相对安装姿态,建立了一套高精度自动化测量系统。针对该系统研究了基于多传感器数据融合的高精度测量算法、基于理论安装数据驱动的自动测量模型、以及基于图像识别的立方镜法线搜索算法。该测量系统主要由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助准直的自准直经纬仪构成,通过融合精密转台的转动角度、自准直经纬仪的俯仰角和偏航角等数据计算被测设备安装姿态角度。测量时需先对系统进行标定,制定自动测量规划,然后通过电机驱动使设备自动到达预定位置和角度进行测量。若星上设备安装偏差较大导致被测对象超出自准直经纬仪测量范围时,可启动CCD相机对被测对象局部区域进行搜索识别,并引导自准直经纬仪实现精确准直测量。对测量系统进行了实验验证,结果显示:该系统姿态测量精度可以达到5″,与标准值比对最大偏差为4.1″;该测量系统已用于GF-2卫星的相机和星敏器相对姿态测量中,重复标准差最大为3.5″,满足GF-2对机上设备安装姿态测量精度的需求。     

星上设备安装姿态高精度自动测量系统设计

为了满足高分辨率对地观测卫星上设备安装姿态高精度测量的需求,设计了一种由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助自准直经纬仪构成的高精度自动姿态测量系统。该系统采用了多传感器数据融合的高精度测量算法,融合了自准直经纬仪的俯仰角、偏航角数据,精密转台的数据以及CCD图像数据,可以精确计算出远间距异面直线间的夹角。同时基于理论安装数据驱动的经纬仪自动定位方法,可以实现经纬仪沿导轨自动定位到最佳准直位置和朝向,再通过局部图像识别可以搜索出立方镜镜面法线的指向,最终实现精确准直。试验中,通过测量标准17面棱体与标准值比对,得到最大偏差为4.1",标准差为3.3";通过对模拟卫星上的立方镜进行搜索,可以实现自动化测量。该系统已经在我国高分二号卫星总装测试中进行了应用,保障了高分二号卫星的装配检测精度。     

实时特征级数据融合系统在光电经纬仪的应用

为满足光电经纬仪跟踪实时性的要求,保证跟踪的精度与可靠性,设计并研制了符合多指令多数据流（MIMD）架构的计算系统,采用卡尔曼滤波方式,对多个脱靶量信息进行数据融合。简要介绍了经纬仪的工作原理,对含有多个成像系统的经纬仪数据融合问题进行了数学推导,该推导证明对数据融合求解需要大量的数值计算。为满足上述计算要求,保障实时性,开发出一套的具有双DSP+单FPGA的三个运算单元的专用并行计算系统。描述了三个运算单元的连接方式,分析了每个运算单元的实时运算的时间开销。对专用计算系统进行了硬件仿真,结果表明,在具有三个成像系统的光电经纬仪中,CCD采样频率为50Hz时,光电编码器采样频率为800hz时,该系统可以满足1.25ms的实时性要求。     

齿轮传动经纬仪跟踪精度的新进展

介绍的这种系统用以解决齿轮传动的特有问题,使采用齿轮传动机构的经纬仪的跟踪精度达到了力矩电机直接驱动经纬仪的水平。这一系统已成功应用于进口经纬仪的改造任务中,具有国内先进水平。     

用经纬仪测量大尺寸三维导轨垂直度的方法

基于经纬仪将运动直线引出来的原理,提出了一种测量大尺寸三维导轨垂直度的新方法。首先在水平直线移动的Y导轨的动基座上安装经纬仪并观察静止靶标水平角的微小变化,采用最小二乘法拟合出了经纬仪视准轴分别与运动X导轨和Y导轨平行时的水平角,继而测量了X-Y导轨间的垂直度误差。然后将经纬仪固定在地基上,通过观测水平移动导轨上靶标的竖直角的微小变化,采用最小二乘法拟合了X、Y导轨的水平度误差;通过观测与Z导轨固定的靶标水平角的微小变化,采用最小二乘法拟合了Z导轨的二维铅垂度误差,利用X,Y导轨的水平度和Z导轨的铅垂度换算出了Z-X间,Z-Y间导轨的垂直度误差。最终实现了三维导轨X-Y之间、Y-Z之间、X-Z之间的垂直度的检测,并对测量的垂直度误差进行了精度分析。在研制的月球软着陆系统垂直度的调试中进行了应用,证明了该方法能够满足测量的精度要求。     

光电经纬仪载车平顺性试验研究

在介绍了汽车平顺性评价方法的基础上,对四轮独立悬挂式经纬仪载车进行了平顺性试验。根据光电经纬仪的结构特点,在经纬仪的机座、转台和主望远镜上选取3个测点。经试验,得到了这3个测点在不同路况和车速情况下的加速度数据。通过对试验数据整理计算,得出经纬仪不同部位及整机的振动强度随车速变化曲线。     

车载经纬仪的测量误差修正

载车平台变形会直接导致经纬仪方位旋转轴线产生倾斜,从而影响经纬仪的测角精度。为补偿测角精度,实现活动站测量,通过球面几何推导了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的修正公式,利用光电轴角编码器精度高、采样频率高的特性,测量出经纬仪坐标系倾斜,经过坐标变换推导出经纬仪倾斜角和倾斜方向,该测量装置通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。实验结果表明,该方法能够实时有效地补偿因平台变形而带来的测角误差,使经纬仪不落地测角精度控制在20″内,为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。