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三维变形测量系统外部基准建立与传递技术研究

陆红刚  
【摘要】:基于自准直光路和CCD摄像的三维变形测量技术是舰船等大型平台变形测量的重要手段,为了将三维变形光学测量系统测量的相对变形数据转换成绝对变形数据,使测量的相对变形角转换为主惯导坐标系甚至是地球坐标系下的绝对变形角,需要研究高精度外部基准建立与传递的技术。本文采用立方镜作为外部基准坐标系载体,利用光电经纬仪完成了发射模块和接收模块外部基准坐标系的建立并与各自内部的坐标系进行了标定。此外,对外部基准三维姿态的传递方法进行了研究,在目前较为成熟的经纬仪建站测量技术基础上提出了用多台经纬仪准直进行基准传递的方法,设计并完成了基准传递实验,实验结果证明基准传递方案具有较高精度。本文的主要工作如下: 1.对三维变形光学测量技术的原理及应用背景做了介绍,对课题研究中的三维变形光学测量系统的测量原理进行了简单介绍,重点研究了变形测量系统精度的验证原理及实验方案,在现有仪器设备条件下提出了两种精度验证方法:①只利用高精度自准直仪进行验证;②同时利用高精度自准直仪与高精度电子水平仪进行精度验证。在对两种仪器进行精度比对实验的基础上设计了两种精度验证方法的实验方案。 2.对变形测量系统中涉及的各坐标系的定义进行了介绍,重点介绍了系统发射模块光学坐标系和接收模块CCD坐标系的定义,同时介绍了使用立方镜作为坐标系载体进行外部基准坐标系建立和标定的方法。提出了发射模块光学坐标系与其外部基准坐标系的标定方法;提出了接收模块CCD坐标系与其外部基准坐标系的标定方法。 3.研究了基准传递技术的原理和实现方法,提出了一种外部基准传递的方案。对基准传递过程中的误差进行了分析,重点分析了水平参考坐标系误差对基准传递精度的影响。对经纬仪测量偏差在基准传递过程中的影响以及科学使用经纬仪测量方法而减小测量偏差进行了研究。 4.对外部基准的建立与传递进行了实验研究。完成了CCD坐标系与其外部基准标定的实验;完成了外部基准传递的实验,将各台经纬仪测量的立方镜姿态信息统一到了统一的坐标系下,实现了三个立方镜基准之间相对姿态信息优于5″精度的传递,实现了相对姿态到绝对姿态的转换。


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