针对现有多相机系统在无公共视场时标定过程繁琐问题，提出了一种基于旋转标定板的多相机系统标定方法。首先通过拟合旋转靶标轨迹实现转轴拟合和建立系统坐标系；然后各相机获取单幅完整的靶标图像，使用PnP算法解算相机与转台系统间的位姿关系；接着将转台转角通过罗德里格斯公式转换为靶标旋转前后的旋转矩阵和平移向量；最后使用计算所得的变换关系实现对多相机系统的标定。实验结果表明，本文方法不受限于相机的视场范围，能够快速、自动地标定多相机系统，在测量精度上也满足大尺寸测量需求。

分布式测量系统借助辅助装置来构建几何约束条件以完成定向,而约束精度和数量易受到现场条件环境的制约。针对测量空间欠约束定向的问题,研究一种基于倾角传感的基准长度定向方法,该方法引入高精度的倾角传感器与测量单元结合,通过倾角传感的水平约束建立相对位姿定向模型并将系统定向过程进行分级处理,借助高精度的测角仪器提供内部角度约束,可以减少外部基准长度的约束条件个数。以室内空间测量定位系统作为实验平台,搭建组合系统样机,验证外部欠约束条件下的定向条件数目及分布对系统精度的影响。实验结果表明,所提方法在保证定向精度的同时,能够有效减少定向过程中所需的空间约束条件个数,并具有较好的稳定性,而且可以提高分布式测量系统的组网效率和复杂环境适应能力。

旋转激光扫描测量系统采用光电扫描的计时方式并结合时空转换的原理实现角度交会定位，光电信号时域信息的精确性是影响测量精度的重要因素之一。针对测量系统中同步信号存在延时的问题，根据测角误差的特性提出一种基于发射基站转台正、反转测量目标的延时评估方法。通过定量分析同步信号的延时，建立同步信号的延时模型。基于可编程逻辑器件分析延时对测角精度的影响，研究同步信号电路延时的补偿算法并设计实验进行验证。实验结果表明，所提方法能够有效补偿同步信号原有约为190 ns的电路延时。

为实现大空间域激光跟踪仪的高精度测量, 本文针对由转站误差导致的激光跟踪仪分时多基站测量精度难保证的问题, 提出了基于多站位下单台激光跟踪仪测量误差的转站误差模型与转站参数修正的补偿方法。首先分析了激光跟踪仪测量误差的来源以及具体形式, 阐述了激光跟踪仪测量误差影响空间任意点测量精度的具体形式; 其次分析了激光跟踪仪的随机测量误差和系统测量误差对多基站转站参数求解精度的影响。在此基础上, 建立了考虑随机、系统测量误差的激光跟踪仪多基站转站误差模型和转站参数误差补偿模型。蒙特卡洛仿真结果表明: 当激光跟踪仪的长度测量误差为05 μm/m, 角度测量误差为5 μm+6 μm/m时, 最大转站误差为0.174 7 mm, 补偿后最大转站误差为0.04 mm, 转站精度提高了77%。分时多基站转站测量实验结果表明: 直接转站测量时最大转站误差为0.054 2 mm, 补偿后转站误差为0.033 1 mm, 转站精度提升了38.9%。激光跟踪转站补偿后测量精度有明显的提高。

针对室内空间测量定位系统(wMPS)交会测量模型将发射站扫描激光面视为理想平面的现状,研究了一种基于高精度转台的激光面面型视觉评估方法。根据评估结果引入线性折面判断机制,优化重建了wMPS扫描激光面数学模型,以减小交会测量模型中的系统误差。结合大空间高精度坐标场对新模型进行了评估。结果表明,所研究模型对实际光面的拟合效果较好,有助于提升wMPS的测量精度。

多相机阵列中的相机位姿关系标定是大尺寸测量系统中非常重要的一个环节。建立了标定模型,采用圆点阵列平面靶标,通过线性平移,使靶标分别位于不同相机的视野范围内,获得了同一靶标特征点在不同相机坐标系下的坐标;根据所得坐标,求解靶标坐标系与相机坐标系之间的位姿关系;根据靶标的线性平移约束,进而求解两两相机之间的位姿关系。经实验验证,对于安装距离约为2300 mm的相机,标定误差小于0.002 mm。其标定过程简单、速度快,可以适用工业大尺寸测量中的现场标定。

使用传统公共点定向方法很难在狭小、受限空间下完成对大尺寸测量仪器的定向, 故本文提出了一种受限空间下球坐标测量系统的双面互瞄定向方法, 并以激光跟踪仪为例进行了理论分析和实验验证。该方法结合激光跟踪仪的测量原理和使用特点, 通过激光跟踪仪本体测头的运动特性构建几何约束, 仅要求测量仪器之间相互可视, 便可依靠较小公共视场完成仪器定向。阐述了该方法的数学建模过程, 研究了定向优化算法, 并在上海光源环形测量控制网建立过程中进行了相关实验验证。结果表明: 该方法在仪器相距5 m以内时, 参考点转站误差优于0.12 mm, 定向旋转角误差不超过1.5″。与频繁转站的传统方法相比, 可在保证精度的同时, 极大地提高现场测量效率。该方法亦可推广应用于其它单站坐标测量系统。

工作空间测量定位系统是一种基于激光扫描的三维坐标大尺寸分布式测量系统, 目前已广泛应用于大尺寸测量领域。该系统可以通过增加发射站数目来扩展量程同时精度并不损失, 其前提是有一套精确的全局定向参数。在系统多平面约束的数学模型基础上, 阐述了一种基于三维控制场的wMPS全局组网定向方法。在标定空间内设置点位坐标已知的控制点组成控制场, 给出了组网定向的模型及优化方法, 并给出迭代初值生成方法。实验表明: 通过基于控制场全局组网定向方法后, 系统与激光跟踪仪对比后点位误差优于0.15 mm, 在提高效率的同时大大提高了系统的精度。

空间测量定位系统是一种在多测站协同作用下实现坐标测量的大尺寸测量系统, 因此测站布局优化成为了重要研究问题。为解决此问题, 本文提出了一种基于模拟退火粒子群算法的测站优化部署方案, 以定位精度, 覆盖度, 使用成本作为优化函数, 运用粒子群算法及模拟退火算法进行协同搜索, 并建立模拟退火粒子群算法的测站布局优化流程, 对两到四个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明, 该方法能快速收敛于最优解并获得一种较优的测站布局。

调频连续波激光测距具有无盲区、非接触测量和绝对测距等优点,但是由于可调谐激光器光频率调制非线性对其测量精度的影响,限制了调频连续波激光测距在精密测量领域中的应用。针对调频连续波激光测距中测距精度受到激光器光频率调制非线性的影响,提出了双干涉光路调频连续波激光测距方法,利用两个干涉系统得到的干涉条纹数量的比值计算得到被测目标的距离,消除了激光器光频率调制非线性对测距精度的影响,实现了65 μm的测量分辨率和15 μm的重复测量精度。该方法无需对激光的波长进行测量,也无需对激光器进行锁频,系统组成简单,在工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域有着广阔的应用前景。