不稳定测量平台静态基准转换技术研究

作为实验力学的一种重要测量手段，光学测量设备一般要求安装在稳定的基座平台上，以保证其测量过程中基准不变。而在很多应用情况下，基座平台本身处于晃动或振动的环境中，或者由于测量设备在测量过程中相对于基座平台的运动（如光电经纬仪需要转动机架实现对运动目标的跟踪拍摄），使得基座平台产生位置、姿态的晃动，从而成为不稳定测量平台。由于测量平台不稳定性的存在，使得安装于其上的测量仪器的结果引入了平台晃动引起的误差，大大降低了仪器的测量精度。目前国际国内大多采用在不稳定平台上安装多个姿态传感器来解决这个问题，成本高、动态响应性能差。本项目研究计划采用摄像测量方法，通过在不稳定平台上安装摄像机对地面固定标志成像，解算不稳定平台相对对地面静态基准的晃动量，并进而对测量设备的结果进行修正。该技术可应用于机动经纬仪、雷达等机动测量设备的测量基准修正，达到固定站的测量精度，在国防试验、工业检测等领域可发挥重大作用。

本项目经过3年研究，已圆满完成了项目计划全部内容，主要包括：不稳定平台静态基准转换的总体方案设计和详细技术路线设计；不稳定平台晃动相对测量模式的理论推导及室内外验证实验；车载经纬仪观测结果代数修正方法的理论推导；不稳定平台晃动相对测量实验样机的研制及室内模拟验证实验和靶场车载经纬仪搭载验证试验。取得的主要的研究成果和结论有：（1）提出了不稳定平台晃动相对测量方法，使得仪器设备测量精度和效率得到提高；（2）不稳定平台相对测量方法要求工作前高精度标定像机和不稳定平台安装关系，针对该问题，提出了一种手眼标定和位姿估计相结合的安装关系两步标定方法，实验表明：该标定方法精度优于0.5°；（3）揭示了相对测量方法中安装误差与晃动量测量误差之间的传递规律：安装误差不是全部叠加到最后测量结果上，而是成倍缩小，因此，相对测量方法能够容忍一定的安装误差存在，理论分析和实验表明：1°的安装误差带来的姿态测量误差约为3"；（4）以车载经纬仪为工程应用背景，针对其测角数据的修正问题，提出了一种利用车载平台晃动量直接修正车载经纬仪观测结果的代数方法；（5）针对车载经纬仪测量数据与不稳定平台晃动量测量数据之间的时间同步问题，提出了一种基于GPS脉冲触发像机的时间同步方法；（6）研制了不稳定平台晃动量相对测量系统样机，并参与了靶场实测任务，验证了系统在实际应用条件下的准确性与稳定性。项目研究期间共发表论文12篇，其中SCI收录7篇，EI收录3篇；获国家发明专利2项；培养了2名博士后，2名博士研究生，3名硕士研究生。