精确结构光模型是三维光学测量的前提,其中分布式空间测量定位系统的交会模型是以线结构激光面的理想平面模型为基础的。而大尺度空间下的线结构激光面存在复杂变形,且很难用任何数学模型来精确拟合。因此,研究了一种基于高精度转台的线结构激光面非参数模型标定方法,建立了激光面旋转时间与空间角度间的精密映射表,替代了曲面拟合参数模型,并在激光面非参数标定的结果基础上对交会模型进行了优化。以室内空间测量定位系统为验证平台,实验结果表明该标定方法能够有效克服激光面复杂变形问题,可将12 m测量范围内变形较为明显区域的坐标测量误差减少约50%。

利用多波束激光进行航天地形测绘是当前的研究热点之一,激光指向确定是其中的核心环节,一般采用激光参考相机(LRC)记录,LRC的视轴监视功能和性能是确保激光指向确定精度的关键。首先,提出一种基于高稳定中央棱镜的LRC视轴监视测量方法,并给出了计算算法。其次,搭建实验验证系统,利用Hexpod转台和光电自准直仪对算法正确性进行了校验,结果表明,所提算法得到的测量结果与光电自准直仪结果一致,误差小于0.2″。进一步地,测量得到LRC视轴绕X轴和Y轴的热漂移分别达到0.3″和1.4″。最后,评估了不同环境下的视轴监视精度,结果表明,在真空环境下,视轴监视精度达到0.02″(1倍标准偏差),满足LRC视轴在轨监视的实际应用要求;相比于真空条件,大气隔振条件下的误差扩大了2~4倍,大气非隔振条件下的误差扩大了10~15倍。

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。

基于光电扫描原理的分布式测量网络是一种大尺寸三维坐标测量系统,广泛应用于工业制造和装配领域。但测量网络体系庞大、测量环境复杂,增加了组网定向工作的难度,且任意节点的变动都需要重新进行组网。现有的组网定向方法过于依赖人工介入和主观估计,因此提出了一种基于自主建图、全局定位和自动导航的分布式测量网络自动组网定向方法和标定点位规划策略。实验结果表明,该组网方法在保证测量精度的前提下,提高了组网效率和自动化水平,可实现测量系统自动维护和工业现场自动化。

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。

针对大空间自动导引车(AGV)的高精度路径规划控制应用,提出一种基于工作空间测量定位系统(wMPS)和模糊控制算法相结合的应用模式。事先规划好AGV路径,采用wMPS对AGV实时位姿进行精确测量,通过模糊控制算法输出实时调整AGV的前进速度和旋转角速度。算法仿真与实验结果表明,AGV的定位精度优于2.5 mm,能够保证AGV的动态导航和定位精度。

针对复杂场景下大空间室内高精度导航应用, 提出一种基于工作空间测量定位系统(wMPS)和激光雷达的组合建图、定位算法。采用wMPS对激光雷达位姿进行精确估计, 融合激光雷达点云数据完成栅格地图的绘制, 使得机器人在导航时能够识别周围环境信息; 考虑到导航时容易缺失wMPS测量信息的情况, 根据雷达获得的实时数据与栅格地图通过粒子滤波算法反算雷达的位姿; 最后将粒子滤波的结果进行线性卡尔曼滤波处理, 并进行算法仿真与实验。仿真与实验结果表明：组合导航系统保证了地图的可靠性和动态导航精度, 大大提升了系统的整体性能。

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。

空间测量定位系统是一种基于光电扫描的角度交汇测量系统, 由于该系统是在多测站协同作用下实现坐标测量, 因此测站的布局优化是应用时面临的重要问题。为了解决该问题, 提出了一种基于改进自适应遗传算法的测站优化部署方案。以系统定位精度、覆盖度和使用成本作为多目标优化函数; 将进化代数衰减因子与自适应遗传算法相结合, 根据多目标函数建立改进自适应遗传算法优化流程; 对2~4个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明, 与传统自适应遗传算法相比, 该方法能在10~20代内收敛到最优解并获得更优的目标函数值。因此该方法在空间布局优化设计中能有效提高系统的测量性能。