二次平台线阵CCD水平测量系统技术研究

发布时间：2017-08-23 06:24

  本文关键词：二次平台线阵CCD水平测量系统技术研究

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【摘要】：以水平倾角测量机构为核心的二次平台是地面测试、导航等地面全物理仿真实验的关键部件,与六自由度气浮轨道器和六自由度气浮上升器共同构成交会对接仿真实验的核心部分。由于平台上负载移动、气足气膜高度变化、地面不平整度等因素,平台的水平倾角会实时变化,因此如何在众多干扰条件下描述其运动状态并建立运动学方程和动力学方程是本课题的核心问题。同时,由于课题指标对平台的水平倾角精度要求较高,如何测量二次平台的实时水平倾角也是本课题的关键问题。为此,本文对二次平台线阵CCD水平测量系统进行了研究。根据线阵CCD水平测量系统的工作原理,阐述了由线阵CCD,电机等核心部件在系统中可能带来的误差的因素并分析他们的影响,利用加滤光片或者做转速解耦等方法,设计方法从理论到实践抑制相应的误差。根据线阵CCD的原始数据对常见的滤波和求取成像中心坐标的方法进行了对比,总结和改进,确定了最后的数据处理方法,并用卡尔曼滤波对结果进行了校正。最后根据课题所要求的指标和之前综合的分析,选定了线阵CCD水平测量系统的硬件结构并对线阵CCD,电机,激光器,滤光片,通信模块等部件进行了安装,最后利用C++Builder设计数据实时采集并设计了平台水平倾角的交互式控制界面。本文主要对二次平台线阵CCD水平测量系统进行了分析和技术研究,阐述该系统在工作中可能产生的各种误差并设计相应的抑制方法,确定了系统的总体硬件架构,选择了合适的激光器与CCD,针对系统的现状设计了滤波及确定目标坐标的算法,并对倾角实时测量进行了验证和实现。最后利用C++Builder设计数据实时采集并设计了平台水平倾角的交互式控制界面。
【关键词】：二次平台 水平倾角测量 线阵CCD 数据处理 误差分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V416.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的来源及研究意义10-11
• 1.1.1 课题的来源10
• 1.1.2 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 本文的主要内容14-16
• 第2章 线阵CCD水平测量系统分析16-26
• 2.1 引言16-17
• 2.2 水平度测量系统工作原理17-18
• 2.3 线阵CCD的噪声与误差分析18-19
• 2.3.1 线阵CCD的噪声分析18-19
• 2.3.2 线阵CCD噪声抑制方法19
• 2.3.3 线阵CCD的分辨率及零位误差19
• 2.4 电机所带来的误差及影响因素分析19-21
• 2.4.1 电机与台体的角速度耦合对误差的影响19-21
• 2.4.2 转速对误差的影响21
• 2.5 系统其他因素误差分析21-25
• 2.5.1 大气中高斯光的传播产生的偏差21-24
• 2.5.2 原理上所带来的延时24-25
• 2.5.3 其他因素25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 线阵CCD数据处理算法的设计26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 CCD原始数据分类与分析26-30
• 3.2.1 环境光进角带来的影响26-27
• 3.2.2 尖峰不对称27-28
• 3.2.3 过曝和过弱情况28-29
• 3.2.4 环境光的标定29
• 3.2.5 饱和光的判断29-30
• 3.3 粗差准则30
• 3.4 滤波方法对比30-35
• 3.4.1 滑动平均法31-32
• 3.4.2 小波阈值去噪32-34
• 3.4.3 对比算法及结论34-35
• 3.5 坐标确定方法对比总结35-37
• 3.5.1 质心法35-36
• 3.5.2 二值化电平切割法36
• 3.5.3 质心内插法36-37
• 3.5.4 阶梯法37
• 3.6 成像中心坐标计算方法的确定37-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 水平度实时测量算法的设计42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 倾角计算方案42-52
• 4.2.1 测量系统的标定42-43
• 4.2.1.1 零位的标定42
• 4.2.1.2 倾角测量系数的标定42-43
• 4.2.2 CCD选择43
• 4.2.3 水平位置测量43-45
• 4.2.3.1 水平位置测量的意义43
• 4.2.3.2 水平位置测量的方法43-45
• 4.2.4 倾角测量45-48
• 4.2.4.1 水平测量系统物理模型45-46
• 4.2.4.2 系统主要性能指标46
• 4.2.4.3 测量方案设计46-48
• 4.2.5 基于卡尔曼滤波的倾角估计算法48-52
• 4.2.5.1 原方法分析48-49
• 4.2.5.2 卡尔曼滤波的意义49
• 4.2.5.3 具体的过程预测模型的建立49-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第5章 线阵CCD水平度测量系统的实现53-66
• 5.1 引言53
• 5.2 硬件指标计算，，选择与安装53-61
• 5.2.1 线阵CCD与滤光片选择54-56
• 5.2.2 激光器选择56-57
• 5.2.3 电机选择57-59
• 5.2.3.1 电机的速度控制57-59
• 5.2.4 线阵CCD通信电路设计59-61
• 5.2.5 其他硬件安装61
• 5.3 水平倾角测量系统的软件设计61-65
• 5.3.1 水平倾角测量系统软件框架61-62
• 5.3.2 数据采集程序设计62-63
• 5.3.3 控制界面设计63-65
• 5.3.4 实验结果65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：723478