本文關(guān)鍵詞：基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的艦船三維變形測量關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 艦船變形測量 準直共軛 成像模型 特征定位 線目標 點陣目標 CCD

【摘要】：艦船三維變形的實時、高精度測量對于建立全艦統(tǒng)一基準、提高艦船作戰(zhàn)效能和艦船結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有重要意義。然而,由于艦船結(jié)構(gòu)的復雜性和變形因素的多樣性,艦船三維變形測量一直是困擾各國海軍和造船業(yè)的難題。本文以艦船三維變形的高精度測量為研究背景,提出了一種基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的高精度三維變形測量方法。研究了采用準直共軛光學結(jié)構(gòu)測量三維變形的基本原理,在此基礎(chǔ)上,圍繞準直共軛光學結(jié)構(gòu)中的高精度橫扭角測量、準直共軛光學結(jié)構(gòu)在實際應用中的測量誤差、光學系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)標校方法和外部基準引射方法、針對實際需求的光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化配置方法等關(guān)鍵問題展開研究。論文的主要研究工作和創(chuàng)新如下:(1)針對艦船遠距離、高精度三維變形測量需求,提出了基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的三維變形測量方法。根據(jù)準直共軛光學結(jié)構(gòu)分析了光學系統(tǒng)的成像過程,從理論上推導了準直共軛光學結(jié)構(gòu)中三維變形與成像變化規(guī)律之間的關(guān)系,提出了根據(jù)圖像特征變化計算三維變形的方法,為基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的三維變形測量奠定了理論基礎(chǔ)。(2)根據(jù)基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的三維變形測量原理,研究了準直共軛光學系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)參數(shù)與測量性能之間的交叉約束關(guān)系,提出了光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化配置方法。論文從準直共軛光學變形測量原理出發(fā),分析總結(jié)了測量精度、測量范圍和測量距離三項性能指標與物鏡焦距、物鏡通光孔徑、投影目標尺寸、光敏面尺寸等光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上,提出了根據(jù)實際測量需求優(yōu)化配置光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法,為準直共軛光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計提供了理論指導。(3)針對實際光學系統(tǒng)中元器件微小失調(diào)的情況,建立了準光學準直共軛成像模型,分析了考慮元器件微小失調(diào)時的光學系統(tǒng)成像過程和三維變形角測量誤差,提出了相應的誤差標校方法。光學系統(tǒng)內(nèi)部的各個元器件的位置和姿態(tài)在加工裝配過程中的微小失調(diào)將令光學系統(tǒng)工作于一種近似的準直共軛光學結(jié)構(gòu)中。針對這種實際應用中的測量誤差,論文建立了準光學準直共軛成像模型,并對元器件失調(diào)參數(shù)與變形測量誤差之間的關(guān)系進行了深入分析和總結(jié),提出了針對相對變形測量的內(nèi)部參數(shù)標校方法和針對絕對變形測量的外部基準引射方法,有效提高了準直光學系統(tǒng)的三維變形測量精度。(4)針對準直共軛光學結(jié)構(gòu)中的高精度橫扭角測量問題,提出了基于線目標和點陣目標的高精度變形測量方法。根據(jù)線目標和點陣目標的灰度分布特征,提出相應的高精度提取橫扭角的辦法,對線和點陣的特征參數(shù)與橫扭角測量精度之間的關(guān)系進行了建模分析和仿真計算。分別以十字線目標和20×20點陣目標為例,對線目標和點陣目標所能實現(xiàn)的三維變形測量精度進行了實驗驗證,實驗結(jié)果表明,采用線目標和點陣目標分別能夠?qū)崿F(xiàn)角秒級和亞角秒級三維變形測量。(5)研制了艦船三維變形實時監(jiān)測系統(tǒng)并進行了大量實驗研究,檢驗所研究理論的正確性。根據(jù)實船測量需求提出了系統(tǒng)設(shè)計目標和總體方案,對系統(tǒng)軟硬件進行了設(shè)計分析,并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化配置。結(jié)合系統(tǒng)實際情況,研究分析了圖像處理誤差、大氣湍流誤差、機械裝配誤差等誤差因素對系統(tǒng)測量精度的影響。開展了實驗室靜態(tài)測試實驗和海上實船變形測量實驗,實驗室靜態(tài)測試實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)在恒溫環(huán)境下對三維變形的測量精度優(yōu)于1″,海上實船變形測量實驗結(jié)果表明系統(tǒng)能夠?qū)ε灤挡春秃叫袪顟B(tài)下的三維變形進行有效測量。理論與實驗研究均表明,采用基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的三維變形測量方法能夠?qū)崿F(xiàn)對艦船三維變形的遠距離、高精度、實時和非接觸測量。通過進一步研究,該方法還可應用于其它大型平臺的高精度三維變形測量。
【關(guān)鍵詞】：艦船變形測量 準直共軛 成像模型 特征定位 線目標 點陣目標 CCD
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U674.70
【目錄】：

• 摘要11-13
• Abstract13-15
• 第一章 緒論15-29
• 1.1 課題背景與研究意義15-16
• 1.2 艦船變形測量方法的發(fā)展現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 光學變形測量方法16-18
• 1.2.2 非光學變形測量方法18-19
• 1.2.3 不同變形測量方法性能比較19-20
• 1.3 基于光學自準直測量原理的三維變形測量方法20-24
• 1.3.1 光學自準直測量原理及其特點20-22
• 1.3.2 基于自準直光路的橫扭角測量方法22-24
• 1.4 主要研究思路24-26
• 1.5 論文的結(jié)構(gòu)26-29
• 第二章 基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的三維變形測量方法29-53
• 2.1 基于準直共軛光學結(jié)構(gòu)的三維變形角測量原理29-44
• 2.1.1 坐標系定義及其變換關(guān)系30-34
• 2.1.2 準直共軛光學結(jié)構(gòu)成像過程與三維變形角解算34-38
• 2.1.3 變形角計算中的小角度近似誤差38-41
• 2.1.4 相對變形與絕對變形41-44
• 2.2 三維變形測量中的交叉約束和優(yōu)化配置44-51
• 2.2.1 三維變形測量中的交叉約束44-49
• 2.2.2 三維變形測量中的優(yōu)化配置49-51
• 2.3 本章小結(jié)51-53
• 第三章 基于準光學準直共軛結(jié)構(gòu)的三維變形測量誤差分析53-75
• 3.1 準光學準直共軛結(jié)構(gòu)中變形測量誤差的初步分析53-58
• 3.2 準光學準直共軛結(jié)構(gòu)成像模型58-66
• 3.3 基于準光學準直共軛結(jié)構(gòu)成像模型的變形角誤差分析66-74
• 3.3.1 基于準光學準直共軛結(jié)構(gòu)成像模型的撓曲角誤差分析66-71
• 3.3.2 基于準光學準直共軛結(jié)構(gòu)成像模型的橫扭角誤差分析71-73
• 3.3.3 基于準光學準直共軛結(jié)構(gòu)成像模型的變形角誤差分析小結(jié)73-74
• 3.4 本章小結(jié)74-75
• 第四章 基于投影目標特征定位的高精度變形測量技術(shù)研究75-95
• 4.1 投影目標及其仿真圖像的創(chuàng)建方法75-77
• 4.2 基于線目標的角秒級變形角測量技術(shù)研究77-87
• 4.2.1 基于線目標的橫扭角測量方法77-78
• 4.2.2 基于線目標的橫扭角測量精度估計78-82
• 4.2.3 基于十字線目標的三維變形角測量方法82-84
• 4.2.4 基于十字線目標的三維變形測量精度驗證實驗84-87
• 4.3 基于點陣目標的亞角秒級變形角測量技術(shù)研究87-94
• 4.3.1 基于點陣目標的變形角測量方法87-88
• 4.3.2 基于點陣目標的橫扭角測量精度估計88-92
• 4.3.3 基于點陣目標的三維變形測量精度驗證實驗92-94
• 4.4 本章小結(jié)94-95
• 第五章 艦船三維變形實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)95-135
• 5.1 系統(tǒng)目的與構(gòu)成95-96
• 5.1.1 設(shè)計目標95
• 5.1.2 組成與功能95-96
• 5.1.3 工作原理96
• 5.2 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)96-102
• 5.2.1 硬件設(shè)計與實現(xiàn)97-100
• 5.2.2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)100-102
• 5.3 系統(tǒng)標定102-109
• 5.3.1 內(nèi)部參數(shù)標校103-106
• 5.3.2 外部基準引射106-109
• 5.4 系統(tǒng)誤差分析109-123
• 5.4.1 圖像處理誤差110-111
• 5.4.2 大氣湍流引起的誤差111-116
• 5.4.3 機械裝配和標校誤差116-118
• 5.4.4 溫度變化引起的誤差118-121
• 5.4.5 其它測量誤差121-123
• 5.4.6 測量誤差小結(jié)123
• 5.5 系統(tǒng)性能測試與分析123-133
• 5.5.1 系統(tǒng)靜態(tài)性能測試123-130
• 5.5.2 系統(tǒng)的實船實驗130-133
• 5.6 本章小結(jié)133-135
• 第六章 總結(jié)與展望135-139
• 6.1 論文工作總結(jié)135-136
• 6.2 論文的主要創(chuàng)新點136-137
• 6.3 進一步研究展望137-139
• 致謝139-140
• 參考文獻140-148
• 作者在學期間取得的學術(shù)成果148-149

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 方靖岳;秦石喬;王省書;黃宗升;鄭佳興;;莫爾條紋法測量微小旋轉(zhuǎn)角度的頻域分析[J];光子學報;2010年04期

2 李向榮;;基于莫爾條紋法的船體扭轉(zhuǎn)角測量技術(shù)研究[J];儀器儀表學報;2008年10期

3 王博;繆玲娟;汪順亭;沈軍;;改進的小波降噪方法在GPS姿態(tài)測量中的應用[J];宇航學報;2008年04期

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本文編號：591389