在GPS正常工作条件下,MLS系统可以达到厘米级的定位精度。然而,在无GPS环境下,由于MLS的观测模式误差和视轴对准误差无法通过GPS信号进行标定或修正,定位精度可能降低到分米甚至米级。针对这一研究空白,本文提出一种新技术,适当结合稳健加权最小二乘(RWTLS)和全信息最大似然最优估计(FIMLOE),提高无GPS环境下MLS系统的定位精度。首先,建立MLS系统的坐标转换关系和观测参数向量。其次,利用RWTLS算法对三维点观测模型进行修正;然后利用FIMLOE标定激光扫描仪框架与IMU框架之间的不确定度传播参数向量和视轴对准误差。最后,在室内场景中进行实验研究,以评估所提方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够显著提高 MLS 系统在 GPS 拒绝环境中的定位精度。
除了在整个制造过程中测试每个镜子外,他们还在现代化的测试隧道中将每台望远镜作为一个完整的成品系统进行测试。这确保了每个光学系统在发货前都经过衍射极限确认。由于他们的测试隧道是温度和空气循环控制的,因此可以减少影响天空测量的大气闪烁,从而实现极其精确的测量。这使他们的专业技术人员能够有效地识别和纠正整个光学系统中的任何残余对准误差。这项最终光学测试是他们的望远镜将产生客户所期望的出色性能的最终保证。
1 范围 本报告履行了 iMERA Plus 项目新工业计量技术 (NIMTech) 的交付成果 D3.7 - 多传感器网络验证实验评估报告。本报告描述了基于 NIMTech 交付成果报告 D3.1(1) 中描述的多传感器网络方法的激光跟踪器对准误差校准程序的验证。2 简介 NIMTech 交付成果报告 D3.1(1) [1] 描述了使用多传感器网络测量方法校准激光跟踪器对准误差的实验程序。在本报告中,我们介绍了该程序的实验验证,从而验证了多传感器网络方法。激光跟踪器校准的网络方法涉及使用激光跟踪器测量多个固定点的坐标。从几个不同的位置测量相同的点。然后通过使用最小二乘参数估计法拟合描述实验设置(跟踪器位置和方向、目标位置)和激光跟踪器误差的数学模型来处理这些测量的结果。为了验证这种方法,使用网络方法获得的校正参数根据 ASME B89.4.19 标准验证了 API T3 激光跟踪器的性能,并将这些结果与使用制造商的校准数据执行的类似 ASME B89.4.19 测试进行了比较。描述用于这项工作的激光跟踪器对准误差的模型 [2] 是从之前描述的 1,3 改编为更通用的形式。第 3 节简要介绍了新模型。第 4 节包含从网络测试获得的结果,第 5 节简要描述了 ASME B89 测试和获得的结果。3 激光跟踪器误差模型 3.1 激光跟踪器错位 理想的激光跟踪器(基于“经纬仪式”设计,干涉仪位于万向架上)可以通过图 1(左)中的设置示意性表示。竖轴和经轴正交且共面,激光束在中心点与两个轴相交并向外辐射,没有角度偏移。此外,仰角和方位角编码器完美地居中并垂直于经轴和竖轴,没有失真或比例误差。实际上,由于制造公差,所有激光跟踪器都可能出现错位和偏移以及其他机械缺陷。因此,更现实的几何形状类似于图 1(右)中所示的几何形状。基准轴、经线轴和激光束轴不再正交和相交;两个角度编码器都有刻度误差和失真;激光束不从轴的交点辐射,并且具有角度偏移,因此它不再垂直于经线轴。这些机械缺陷会导致范围和角度读数中的系统误差,如果不加以纠正,将导致测量误差。在实践中,激光跟踪器控制器对原始传感器数据进行软件校正,为用户提供准确的测量数据。该校正基于误差源模型和存储在控制器中的模型参数测量结果。本实验中测试的校准程序的目的是确定模型的参数及其相关的不确定性。
首先,根据泰勒展开式对最近发展起来的非线性滤波方法——Cuature卡尔曼滤波器(CKF)的性能评估进行了分析。理论分析表明,非线性滤波方法CKF只有在非线性系统中实现时才显示出其优势。类似地,非线性方向余弦矩阵(DCM)表达式被纳入紧密耦合的导航系统中,以表示真实导航坐标系和估计导航坐标系之间的对准误差。仿真和实验结果表明,在不可观测的大指向误差下,以及在 GPS 故障且指向误差快速累积导致 psi 角的表达式失效的情况下,CKF 的性能优于扩展卡尔曼滤波器(EKF),从而表达一定程度的非线性。
1 简介 三维 (3D) 激光扫描仪多年来一直用于文化遗产、法医、3D 土地(地形)和“竣工”测量等应用。三维激光扫描仪使用安装在快速旋转头上的高速激光测距仪扫描环境,从而产生场景的高密度数字点云表示,可以根据需要进行存档和分析。通常,同轴安装的相机会同时记录全彩信息,以提供更逼真的 3D 图像。近年来,激光扫描仪的测距能力得到了提高,可以在数十米或更长的距离上实现亚毫米级精度和测距噪声。事实上,美国国家标准与技术研究所 (NIST) 最近报告称,他们开发了一款精度为 10 µm、测量范围为 10.5 m 1 的 3D 扫描仪。精度的提高,加上高价值制造业以及逆向工程和工厂维护等应用对以相对较低的成本快速获取高质量数据的要求不断提高,促使三维激光扫描仪从测量应用转向工程应用。随着 3D 激光扫描仪技术的普及和对精度要求的不断提高,对校准、性能验证和测量可追溯性的需求也随之增加。非接触式光学测量系统的校准和可追溯性问题非常复杂,不仅限于仪器本身系统误差的校准和补偿。例如,由于扫描激光与被扫描物体的材料和表面特性之间的相互作用以及激光束与表面的入射角,可能会出现显著的系统误差。然而,对于本文考虑的 3D 激光扫描仪类别,测距精度水平取决于仪器的几何误差和激光测距系统的精度。激光测距系统的校准相对简单,可以使用例如校准的长度工件或更精确的坐标测量系统(如激光跟踪器)或通过与参考干涉仪进行比较来进行。但是,没有涵盖激光扫描仪校准或性能验证的文献标准。在本报告的第 2 部分中,我们简要描述了激光扫描仪几何误差的数学模型。此外,NIST 进行的体积性能测试表明,校准后系统误差仍然很明显,这些误差可以归因于对几何对准误差的不完全补偿 2, 3 。因此,需要改进这些设备的校准方式,以充分发挥其潜力。因此,国家物理实验室 (NPL) 对使用“网络方法”校准 3D 扫描仪几何误差的可行性进行了初步调查 - 该方法之前由 NPL 为激光跟踪器校准而开发 4, 5 。在第 3 节中,我们总结了用于校准仪器误差的网络方法。在第 4 节中,我们介绍了用于测试激光扫描仪的方法。第 5 节介绍了结果和观察结果,第 6 节介绍了最后的总结和结论。2 激光扫描仪的几何误差模型 图 1 显示了激光扫描仪内部几何形状的理想表示。安装在固定底座上的旋转平台承载着激光源和旋转镜组件;平台绕着竖轴 Z 旋转。激光源的对准方式是使激光束与旋转镜的旋转轴(称为过境轴 T )同轴对准。激光束在点 O 处从旋转镜反射,该点位于镜面与旋转轴 T 和 Z 的交点处。镜子相对于轴 T 倾斜 45°,使得激光束从镜子反射到 NZ 平面上的点 P,其中 ON 垂直于 OT。