姿态测量

摘要： 高超声速风洞试验中,模型的姿态信息是试验数据是否可靠的重要判断依据,其测量精度对试验结果有着重要影响。双目视觉测量系统能测量高超声速风洞自由飞试验模型的姿态参数,通常将其放在风洞试验段外,通过试验段壁上窗口玻璃观测试验段内部的模型。然而,窗口玻璃产生的成像畸变将降低系统的测量精度。为此,本文提出了窗口玻璃成像畸变校正下的自由飞模型姿态测量技术。通过对窗口玻璃折射造成像面畸变进行建模,提出基于标记点线性拟合的校正方法,快速减小成像畸变。在此基础上,在Φ1 m高超声速风洞试验现场搭建了视觉测量系统。试验结果表明:当测量范围为1 m×1 m×1 m时,测量精度优于0.5 mm,并完成了自由飞试验模型六自由度姿态的测量工作,满足气动数据分析的要求。

摘要： 针对大尺度空间姿态测量中因空间阻隔导致目标特征点遮挡的问题,提出了一种基于多传感器组合的姿态测量方法。通过数字水准仪与姿态探针实现被测特征点的单坐标基准测量,由特征点的水平高差和已知几何约束关系解算得到目标初始姿态值。在此基础上标定高精度倾角传感器与被测目标之间的姿态旋转矩阵,基于坐标变换理论可由传感器输出实时解算目标姿态。实验结果表明:在10 m范围内,姿态测量相对精度优于0.0015°,重复性测量误差小于0.0004°,适用于大尺度阻隔空间姿态的精密实时测量。

摘要： 针对航空航天、汽车装配等高端制造领域对姿态测量的迫切需求,提出一种面向激光跟踪仪的快速高精度姿态测量方法,利用深度学习结合视觉PnP模型实现了激光跟踪过程中被测件姿态的自动测量。针对PnP姿态求解模型所需的3D特征点和2D特征点之间的对应关系难以直接确定的问题,设计了一个特征提取网络用于提取特征点对应的高维特征,采用最优传输理论确定特征向量之间的联合概率分布,从而完成3D-2D特征点的自动匹配;使用Ransac-P3P结合EPnP算法对匹配好的3D特征点和2D像素点进行姿态求解,获得高精度的姿态信息;在此基础上,利用隐式微分理论计算PnP求解过程的雅克比矩阵,从而将PnP姿态求解模型集成到网络中并指导网络训练,实现了深度网络匹配能力与PnP模型姿态求解能力的优势互补,提高了解算精度。最后,制作了一个含有丰富标注信息的数据集,用于训练面向激光跟踪仪的姿态测量网络。基于高精度二维转台进行了姿态测量实验,结果表明,该方法在3 m处对俯仰角的测量精度优于0.31°,横滚角精度优于0.03°,单次测量耗时约40 ms,能够实现激光跟踪仪的高精度姿态测量。

摘要： 针对高超声速风洞试验段内来流过强、总压总温过高导致的光学测量设备不易布局的问题,设计了一种适用于高超声速风洞的双目视觉测量系统布局方案及姿态测量方法。通过试验段内外布置的高速相机及LED光源,实现对测试模型六自由度数据的采集;为了验证布局合理性,利用静态试验加以验证,采用双目视觉系统中模型标志点技术解算模型位移和姿态信息。通过在试验中与实际送进机构对模型姿态的改变量进行对比,证明了双目视觉系统布置方案的可行性,同时验证了此系统在测量距离1.2 m、测量空间范围0.5 m^(3)内,对模型转动姿态测试误差低于0.08°,位移测试误差低于0.05 mm。

摘要： 针对超短基线下姿态测量结果稳定性差及可靠性低的问题,提出一种更加可靠稳定的基于超短基线的全球定位系统(global positioning system,GPS)姿态测量算法。构建了扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filtering,EKF)模型,并对扩展卡尔曼滤波模型中测量噪声矩阵采用基于卫星高度角模型,得出比较准确的浮点模糊度;联立了载波双差观测方程和伪距双差观测方程,并采用改进模糊度最小二乘去相关平差法(modified least-squares ambiguity decorrelation adjustment algorithm,M-LAMBDA)进行快速模糊度固定解算;利用了滤波法进行姿态解算。实验结果表明,与其他测姿算法相比,该算法可适用于超短基线,能够提高姿态结果的稳定性与可靠性,在基线为20 cm静态环境中,该算法模型航向角的误差方差为0.1左右,航向角的绝对误差为2°左右。在基线为20 cm动态环境中,该算法模型航向角的误差方差为2左右,姿态角的绝对误差为3°左右。

摘要： 针对二维弹道修正引信舵机驱动电机产生的分布磁场对滚转姿态测量模块的干扰问题,提出一种抗电机干扰补偿方法。该方法利用舵机位置开关提供的反馈信号识别并定义舵机“静态”和“动态”工作状态,在静态状态下,通过弹上自主标定的干扰偏置量对磁传感器信号进行补偿,利用补偿后的磁测量信号解算滚转角;在动态状态下,通过陀螺测量的角速率与时间积分计算滚转角。实测结果表明,该方法能够有效抑制电机分布磁场对滚转姿态测量模块的干扰,可将测量误差由补偿前的20°以上降低至7°以下。

摘要： 光学姿态测量以交会为主,交会区间的可靠性决定了测量数据的可用性,目前姿态测量布站主要采用沿关键段弹道中心对称布站方式,以成像大小和通用60°~120°为主要衡量依据,对于优化布站,最大化发挥装备效能尚存在理论上的缺陷。以精度评估为布站优劣评价依据,根据平飞段及攻击段不同测试需求分析,总结了靶场布站的重要影响因子,通过影响因素对不同布站条件下的规律进行分析,获取了靶场平飞段及主动段/攻击段最佳布站点,为实际姿态测量提供理论依据。

摘要： 目前组合导航在铁路上主要用于列车的测速定位,为了解决姿态不断发散的问题,提出基于GPS/BDS/INS的全状态组合导航系统。通过在列车上安装双天线,利用双差载波相位消除误差,使用GPS/BDS多星座联合解算等措施,实现对列车航向角和横滚角的测量;在传统松组合基础上加入双天线测姿结果,利用Kalman滤波实现对INS位置、速度、姿态的全状态矫正。为了验证本系统的有效性,在运行的列车上进行实验。实验结果表明:基于GPS/BDS的测姿系统相较于单GPS系统具有更高的稳定性和精度,全状态组合可以有效抑制INS姿态漂移,使得列车位置、速度测量精度有一定的提升。

摘要： 为了实现对某弹载系统的姿态测量,提出一种基于FPGA+DSP的姿态测量系统的设计.系统采用FPGA作为逻辑控制核心,完成对MEMS传感器输出的陀螺加表数据的采集,并通过EMIF接口完成与DSP的数据通信.DSP完成对姿态信息的解算,并由FPGA通过RS422接口将更新后的姿态信息上传至上位机.系统选用地理坐标系作为导航坐标系,利用四元数法及Kalman信息融合算法对采集到的姿态信息进行解算.测试结果表明,该系统输出的姿态信息精度较好,总体角误差在0.5°以内.

摘要： 在导向钻井工具的井下姿态实时测量过程中,导向钻井工具井眼轨迹的可靠控制十分重要.针对导向钻井工具姿态测量的可靠性问题提出了一种双三轴加速度计姿态测量方法,通过理论分析及推导,给出了姿态参数求解和信号有效性判断公式,进行实验验证可行性及正确性,并建立了系统重构方案.可通过对两个加速度计的数据进行计算得出井斜角和方位角,提升了测量的可靠性.

摘要： 结合直升机的姿态测量需求特点,本文系统分析了直升机构造和飞行原理对BDS姿态测量的影响,论述了直升机使用北斗系统进行姿态测量的可行性,在直升机特殊使用环境下,由于双天线安装位置受限,提出了一种基于基线小动态变化条件下的值域改进算法:该算法以基线长度小动态变化为约束,辅助惯性测量设备所提供的粗略航向角、俯仰角来确定整周模糊度的搜索空间,以整数向量N(üur)与整周模糊度浮点解向量(N)之间的欧式距离最小作为目标函数进行模糊度的固定.试验结果表明,该算法能够在基线变化5mm时实现模糊度的固定,且具有较高的成功率.

摘要： 近年来以Starlink为代表的低轨巨型星座的构建不仅创造了全新的卫星通信商用模式,而且也给传统的卫星导航定位应用带来了新的机遇与挑战.以此类重大空间通信基础设施为依托,世界各国都在研究开发新的定位导航功能,这也成为学术界和工业界共同关注的热点.针对这一需求,利用通信卫星自身可附带的导航电文播发能力,结合低轨卫星通信终端链路建立与相控阵天线应用的特点,提出了基于双星通信链路来波方向互夹角测量、卫星与终端测距,以及在平台自身高度约束条件下的全新测姿定位方法,实现了携带有相控阵天线的卫通终端平台的姿态测量与位置解算.在对该方法模型求解条件仔细分析的基础上,利用空间几何原理详尽解释了该模型的物理意义,并给出了简洁的几何求解方法,最后通过仿真验证了上述理论分析与求解过程的有效性与正确性.该方法不仅为低轨巨型通信星座中配置了卫通终端的运动平台的姿态测量与位置解算提供了新的技术手段,而且为卫星导航应用探索了新的发展之路,也为未来卫星导航与卫星通信的综合化集成发展提供了重要参考.

摘要： 对于飞行器、车辆等载体平台,位置、姿态测量精度对载体本身及任务载荷的控制具有重要影响.因此,动态条件下的高精度姿态测量是运动载体导航系统中的关键技术之一.多天线GNSS接收机测姿技术和惯性导航技术相结合,可以实现两种方法的优势互补,有效的提升姿态测量信息输出精度.针对动态条件下的载体定位测姿需求,采用基于载波相位测量的多天线GNSS/INS组合测姿技术手段,基于动对动相对定位原理实现多天线GNSS测姿,并通过多天线载体姿态测量结果与惯性导航姿态测量结果进行组合滤波,实现惯导传感器误差参数的估计与补偿,提高系统姿态测量精度.利用高精度GNSS接收机和MEMS惯性测量单元搭建试验平台,在车载平台开展组合测姿系统姿态测量试验.试验结果表明,多天线GNSS测姿技术与惯导组合测姿方法,比单惯导系统姿态测量方法精度有很大的提升.

摘要： 通过合理构思,提出一种采用现代电子技术,解决困扰救捞界几代工程技术人员的打捞浮筒姿态测量问题的方法,为沉船打捞提供借鉴.打捞浮筒姿态无线综合检测系统具有体积小、重量轻、安装简单、操作使用方便等特点。系统成功地采用压力传感、水声传送和模拟仿真等技术，实现信号的无线发送、接收，以及模拟图像、数据的显示和报警等，使得该系统具有实用性，可广泛地应用于援潜救生、沉船打捞，也可用于其他水下浮力装置的姿态测量与显示。

摘要： 在海洋钢结构物施工日益强调降本增效的大前提下,SPMT(全转向自行式液压平板车)工艺应用于钢结构物从陆地转移到驳船这一过程中,可节省大量工时.以某3000t级的组块为例,若采用传统的滑道拖拉装船法,从准备工作到最终拖拉就位,需要数天的时间,但应用SPMT工艺装船仅用时4h.在整个装船过程中,SPMT运输钢结构物从码头向驳船过渡是一个关键节点,期间需要驳船多次调载,保证SPMT始终以爬坡姿态登船,充分保证安全.鉴于一般船用姿态仪测角精度为3°～5°,而码头与甲板高度差一般允许范围在0～150mm,船用姿态仪无法精确有效地反馈甲板面倾度;所以,现场采用水平仪观测高差法辅助指挥人员作出判断,这一种方法可准确及时地提供船舶甲板面左右舷瞬时纵倾、横倾的差值.同时,基于测量平差之经典理论,分析数据的可知精度可达到亚厘米级.

摘要： 基于GNSS载波相位的精密测姿技术已成为载体导航领域的研究热点.常用的GNSS测姿模型分为两类:定位域测姿法(the position domain attitude determination.PAD)与观测域测姿法(the measurement domain attitude determination.MAD).传统的MAD(traditional MAD,TMAD)需要依赖载体坐标系下各天线构成的基线的先验值建立测姿模型,通常情况下,该先验值是采用预先标定的方式得到的.然而,在载体动态行进中,基线形变将导致基线值发生波动,其波动范围取决于载体材料、载体尺寸及行进路况(海况)等.该基线形变因素将会导致TMAD法因先验载体基线值失真,而降低测姿性能.为此,本文提出一种顾及基线形变的多天线GNSS载波相位精密测姿技术(modified MAD,MMAD)法,通过实验分析建立基线形变随机模型,补偿基线形变对TMAD法带来的不利影响.

摘要： 基于GNSS载波相位的精密测姿技术已成为载体导航领域的研究热点.常用的GNSS测姿模型分为两类:定位域测姿法(the position domain attitude determination.PAD)与观测域测姿法(the measurement domain attitude determination.MAD).传统的MAD(traditional MAD,TMAD)需要依赖载体坐标系下各天线构成的基线的先验值建立测姿模型,通常情况下,该先验值是采用预先标定的方式得到的.然而,在载体动态行进中,基线形变将导致基线值发生波动,其波动范围取决于载体材料、载体尺寸及行进路况(海况)等.该基线形变因素将会导致TMAD法因先验载体基线值失真,而降低测姿性能.为此,本文提出一种顾及基线形变的多天线GNSS载波相位精密测姿技术(modified MAD,MMAD)法,通过实验分析建立基线形变随机模型,补偿基线形变对TMAD法带来的不利影响.

摘要： 基于GNSS载波相位的精密测姿技术已成为载体导航领域的研究热点.常用的GNSS测姿模型分为两类:定位域测姿法(the position domain attitude determination.PAD)与观测域测姿法(the measurement domain attitude determination.MAD).传统的MAD(traditional MAD,TMAD)需要依赖载体坐标系下各天线构成的基线的先验值建立测姿模型,通常情况下,该先验值是采用预先标定的方式得到的.然而,在载体动态行进中,基线形变将导致基线值发生波动,其波动范围取决于载体材料、载体尺寸及行进路况(海况)等.该基线形变因素将会导致TMAD法因先验载体基线值失真,而降低测姿性能.为此,本文提出一种顾及基线形变的多天线GNSS载波相位精密测姿技术(modified MAD,MMAD)法,通过实验分析建立基线形变随机模型,补偿基线形变对TMAD法带来的不利影响.

摘要： 基于GNSS载波相位的精密测姿技术已成为载体导航领域的研究热点.常用的GNSS测姿模型分为两类:定位域测姿法(the position domain attitude determination.PAD)与观测域测姿法(the measurement domain attitude determination.MAD).传统的MAD(traditional MAD,TMAD)需要依赖载体坐标系下各天线构成的基线的先验值建立测姿模型,通常情况下,该先验值是采用预先标定的方式得到的.然而,在载体动态行进中,基线形变将导致基线值发生波动,其波动范围取决于载体材料、载体尺寸及行进路况(海况)等.该基线形变因素将会导致TMAD法因先验载体基线值失真,而降低测姿性能.为此,本文提出一种顾及基线形变的多天线GNSS载波相位精密测姿技术(modified MAD,MMAD)法,通过实验分析建立基线形变随机模型,补偿基线形变对TMAD法带来的不利影响.

摘要： 对卫星导航欺骗干扰信号进行有效检测是后续虚假信号剔除与准确定位处理的前提.针对这一需求,在对GNSS姿态仪测姿过程与导航欺骗干扰主要类型简要概述的基础上,以同时装载惯导与GNSS姿态仪的运载平台为研究对象,利用公开发布的导航卫星历书数据,结合惯导输出参数,计算得到各颗导航卫星所发射信号在载体坐标系中的标准参考来波方向,将GNSS姿态仪测姿解算过程中所实际测量到的各导航卫星信号的实际来波方向同标准参考来波方向进行比对,以此来实现对卫星导航欺骗干扰信号的有效检测.该方法充分利用了GNSS姿态仪通过测向来完成测姿的天然优势,不用对现有设备进行任何硬件改造,仅需添加部分数据综合处理软件模块即可在工程中推广应用,适用面广,检测性好.最后通过数字仿真验证了该方法的可行性与有效性,这不仅为卫星导航欺骗干扰信号检测给出了新的途径,同时也为GNSS姿态仪与惯导的综合应用提供了新的参考.

摘要： 一种姿态角测量初始化方法，包括：统计在统计时长内落入到每个角度区间内的姿态角次数、固定解次数和浮点解次数；判断姿态角出现概率最大的角度区间内的固定解次数和浮点解次数的比例是否超过第一门限；判断姿态角出现概率最大的角度区间内的姿态角次数和统计时长内总的姿态角次数之比是否超过第二门限；判断姿态角出现概率最大的角度区间内的姿态角次数与姿态角出现概率第二大的角度区间内的姿态角次数之比是否超过第三门限；若上述三个判断步骤中判断结果均为是，则计算姿态角出现概率最大的角度区间内的姿态角的平均值作为初始化值输出。上述方法提高了初始化可靠性。本发明还涉及一种姿态角测量初始化装置、一种姿态角测量方法和装置。

摘要： 一种姿态角测量初始化方法，包括：统计在统计时长内落入到每个角度区间内的姿态角次数、固定解次数和浮点解次数；判断姿态角出现概率最大的角度区间内的固定解次数和浮点解次数的比例是否超过第一门限；判断姿态角出现概率最大的角度区间内的姿态角次数和统计时长内总的姿态角次数之比是否超过第二门限；判断姿态角出现概率最大的角度区间内的姿态角次数与姿态角出现概率第二大的角度区间内的姿态角次数之比是否超过第三门限；若上述三个判断步骤中判断结果均为是，则计算姿态角出现概率最大的角度区间内的姿态角的平均值作为初始化值输出。上述方法提高了初始化可靠性。本发明还涉及一种姿态角测量初始化装置、一种姿态角测量方法和装置。

摘要： 战机机体空间姿态测量仪及战机机体空间姿态测量方法，包括三脚伸缩支架，三脚伸缩支架顶部设置下横板，下横板一侧通过纵支架与上横板连接，上横板远离纵支架的一端开设通孔，通孔上方安装锥形块，锥形块的底面为球冠面，球冠面与通孔接触配合，球冠面的圆心与锥形块的顶点重合，球冠面底部中心通过吊柱与带有十字瞄准线的第一观察镜连接，第一观察镜上安装第一双轴数显倾角仪。它不受地面平整度和风力的影响，能够在野外环境中随时对战机的武器系统校准创造条件，机体姿态确定过程可单人独立完成，熟练后单人5‑10分钟内即可完成机体空间姿态的测量工作。

摘要： 本发明涉及一种基于单轴加速度传感器和三轴磁场传感器的姿态测量系统及其姿态测量方法，该系统包括：加速度传感器、三轴磁场传感器、GNSS模块和数据处理模块；所述的加速度传感器为与前进轴正交布置的Z轴向单轴加速度传感器，用于测量重力加速度分量，得到地面载体的横滚角和俯仰角的三角关系；所述的数据处理模块，用于根据位置信息查表获取地磁场模、地磁倾角信息和地磁偏角信息，结合地面载体的横滚角和俯仰角的三角关系以及载体坐标系下地磁场的三个分量阵列最终解算出航向角、俯仰角和横滚角。本发明的姿态测量新方法能够在载体静止或低速移动状态下实现载体姿态角的准确解算，可以减少一个测量量，避免更多测量噪声的引入。

摘要： 一种用于姿态测量设备的姿态测量精度的测量系统和方法，在目标经纬仪的主镜筒的外表面粘贴一十字形条带，在目标经纬仪的主镜筒的方位角被固定且在俯仰方向上移动时，获取目标经纬仪的主镜筒图像，并对主镜筒图像进行图像处理以获取目标经纬仪的主镜筒的俯仰角测量值，再通过目标经纬仪自身的记录获取主镜筒的俯仰角真值，根据俯仰角测量值和俯仰角真值，确定姿态测量设备的俯仰角测量精度；同理，在目标经纬仪的主镜筒的俯仰角被固定且在方位方向上移动时，获取目标经纬仪的主镜筒的偏航角测量值，再通过目标经纬仪自身的记录获取主镜筒的偏航角真值，根据偏航角测量值和偏航角真值，确定姿态测量设备的偏航角测量精度。

摘要： 本申请公开了一种机器人姿态测量方法及机器人姿态测量系统。该机器人姿态测量方法包括：将测量设备与机器人设置在同一坐标系下；利用测量设备获取机器人的参考面的位置信息，其中参考面与机器人的法兰所在平面平行；根据位置信息获取机器人的姿态信息；将姿态信息与参考姿态信息进行计算，以得出机器人的姿态准确度和姿态重复度。通过这种方式，能够简化机器人姿态测量设备及测量方法，节约成本，且能提高机器人姿态测量的准确度。

摘要： 本发明提供了一种车辆姿态测量装置，该测量装置包括传感器，该传感器安装在车架底部，用于测量传感器与地之间的距离。基于车辆姿态测量装置，本发明提出了车辆姿态测量方法。发明克服了现有技术中惯性测量器件IMU测量车身姿态不准的缺陷。

摘要： 本发明公开了一种顶管机姿态测量装置及其顶管机姿态测量方法。所述装置包括安装在顶管机工作的井内的激光器，以竖直的方式安装在顶管机的机头处并与所述激光器正对的平面光电传感器阵列，采集平面光电传感器阵列输出电压信号的数据采集卡，接收数据采集卡采集的数据信号进行数据处理的处理器。平面光电传感器阵列随机头摆动时，激光器的激光束水平照射到平面光电传感器阵列上，使平面光电传感器阵列中相应的光电传感器因感受激光束而输出电压信号。处理器显示、记录所述顶管机的机头摆动的方位和幅度，描绘顶管机的机头摆动的轨迹，并进行数据存储。本发明实现顶管机姿态信息的实时显示，为顶管机纠偏提供实用信息。

摘要： 战机机体空间姿态测量仪及战机机体空间姿态测量方法，包括三脚伸缩支架，三脚伸缩支架顶部设置下横板，下横板一侧通过纵支架与上横板连接，上横板远离纵支架的一端开设通孔，通孔上方安装锥形块，锥形块的底面为球冠面，球冠面与通孔接触配合，球冠面的圆心与锥形块的顶点重合，球冠面底部中心通过吊柱与带有十字瞄准线的第一观察镜连接，第一观察镜上安装第一双轴数显倾角仪。它不受地面平整度和风力的影响，能够在野外环境中随时对战机的武器系统校准创造条件，机体姿态确定过程可单人独立完成，熟练后单人5‑10分钟内即可完成机体空间姿态的测量工作。

摘要： 本实用新型公开了一种融合多个姿态测量传感器的姿态测量系统，包括上位机模块和N个结构相同且通过无线供电连接的传感模块，其均包括供电单元、主控单元、测量单元、无线供电发射单元和无线通信单元；供电单元用于向主控单元供电；主控单元用于控制测量单元进行测量，对测量数据进行处理，并将处理后的测量数据发送至无线通信单元，主控单元分别与无线供电发射单元、测量单元和无线通信单元连接；无线供电发射单元用于对下一级传感模块进行供电，测量单元用于进行角度测量；无线通信单元用于与上位机模块进行通讯。本实用新型利用无线充电模块和无线通信模块实现了传感单元间的无线连接，避免了有线连接下设备对测量环境测量方法的严格要求。