激光经纬仪系统定向光电基准尺设计技术研究

发布时间：2020-06-19 19:58

【摘要】：激光经纬仪因其精度高,测量范围广,便于移动等特点,在大空间、大尺寸、高精度测量技术领域占有重要地位,被广泛应用于航天航空,船舶制造,桥梁测量等领域。激光经纬仪测量系统在测量前首先要标定两台经纬仪间的位姿关系,即系统定向过程。传统标定方法采用定长基准尺,标定过程中需要人工通过望远镜系统精确瞄准,随机误差大,标定速度慢,往往需要多次标定才能达到满意的精度。而本课题组提出并研究的新型非正交轴系激光“经纬仪”,更是采用一准直激光器代替了传统望远镜,因此也无法再采用传统人工瞄准定长基准尺的标定方式。但无论是传统激光经纬仪,还是新型非正交轴系激光“经纬仪”,它们都采用一准直激光光束实现了视准轴的可视化。针对这一特点,本文基于光电位置敏感器件PSD研究了一种更适合于激光经纬仪定向应用的光电基准尺。采用该基准尺进行定向时,无需瞄准某一固定标记点,提供了“可变的”长度基准,且具有“可变”长度解算、无线数据传输等功能,甚至主动引导激光经纬仪的精确交会,实现系统定向过程的自动化。本文的研究内容和主要工作如下:1.对比分析了国内外大空间、大尺寸、高精度测量领域常见的测量方法与仪器,介绍了它们的基本原理,定向方法以及基准尺的结构功能。在此基础上提出了适用于激光经纬仪测量系统定向的新型“可变”长度光电基准尺,简单介绍了基准尺的功能与特点。2.研究了激光经纬仪测量系统的定向方法,给出了基于“可变”长光电基准尺的经纬仪测量系统定向方案。3.结合PSD的横向光电效应,从物理学角度具体分析了PSD的原理,进行了PSD器件选型,研究了PSD定位精度的影响因素以及相应的降噪方法,并针对室外环境应用的需求,提出了消除背景光影响的方案。4.完成了PSD信息采集、处理模块和蓝牙传输模块等“可变”长度基准尺的硬件设计工作,并选用合适的基准尺材料,制作了“可变”长度光电基准尺。5.研究了基准尺两端PSD的位姿标定方法,尤其是分析了安装有激光测距传感器的三坐标测量机的测量模型,及基于此设备的基准尺参数标定方法。6.设计相关实验,完成了“可变”长度光电基准尺的参数标定与精度评价。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH744.5
【图文】：

基站,接收器数据,信息,测量系统

图 1-1 室内 GPS 测旋转机构带着成一定夹角和位置信息的两扇型激光发射器，对扫描，当某一接收装置同时收到两个以上基站光平面信号后，扫描信息、发射基站的坐标信息和基站间位姿关系，即可解算标信息。PS 可以实现自动测量，无需人工参与，降本。Arc Second 公司生产的室内 GPS 系统量范围内可达到 0.25mm 的标称精度。天贵教授等研发的 wMPS 多站测量系统在围内精度甚至超过了 0.2mm，满足了一装配的精度要求。定向中，wMPS 测量系统使用的基准尺如图 1-2 所示，其主体成的，基准尺两端各安装一个红外激光接收器并配有相应的信立采集两个接收器数据。使用前通过双频激光干涉仪标定基准中心的精确距离，作为基准尺杆身长度。

GPS测量系统

环境下也可使用钢、铝合金等材料。式基准尺和一体式基准尺。组合式基准尺可的参考长度，一体式基准尺则具有高可靠性加装易于被测量系统识别的特征装置，测后，利用高精度基准尺提供的长度基准完成其定向基准尺示，与全球定位系统工作模式相同，测量于 GPS 系统中的地球同步卫星），通过光方位与坐标[4][5]，即系统定向。系统定向完和位置信息的两扇型激光发射器，对测量空时收到两个以上基站光平面信号后，结合两标信息和基站间位姿关系，即可解算出接受

【参考文献】