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基于激光跟踪仪的六自由度动态测量方法研究

高凯  
【摘要】:基于全站仪和视觉相机的激光标靶六自由度测量系统作为一类新型单点合作目标六自由度测量方案,具有测量空间要求低、测量效率高等优点,具有较强的通用性。但其测量精度及动态性能较差,全站仪在测量动态靶标时达不到较高的定位精度,内置倾角传感器在有外部干扰加速度时姿态角测量失准。针对此类问题,本文对基于激光跟踪仪和捷联惯导系统的六自由度组合测量方法进行了深入研究,搭建组合测量系统,建立系统误差模型和Kalman融合滤波模型,解决了测量精度及动态性能差的问题,并通过实验验证了该方法的有效性。本文研究的六自由度测量方法在5m范围内,系统姿态角动态测量精度优于0.2°,位置精度优于0.3mm,表明该方法具有较好的精度和动态性能。本文的主要工作及创新点如下:(1)本文分析了高精度、高动态性能的六自由度测量方法研究现状,研究了基于激光跟踪仪和惯性导航的六自由度测量方法。设计适用于激光跟踪仪的激光标靶光学系统。(2)通过阿伦方差分析,建立了惯性测量单元(IMU)误差模型。研究一种对IMU坐标系与激光标靶坐标系进行初始对准的标定方法。(3)本文建立了组合系统Kalman容错滤波模型,设计了多传感器时间配准方案,对SINS与其他传感器的测量数据进行时间同步。通过实验对组合系统的性能进行了分析和验证。


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