经纬仪的安置

关键词： 光学 检定 测量

经纬仪的安置（精选五篇）

经纬仪的安置 篇1

1 智能读数系统

1.1 总体设计

一个完整的智能读数系统应该包括图像采集、图像预处理、图像裁剪、字符分割、字符识别、刻线定位读数等单元。当需要智能读数时,系统采集光学经纬仪读数窗当前的视频图像,识别单元对图像进行处理,裁剪出上、下窗口,再分别将上、下窗口中的字符分割出来进行识别,并进行刻线定位读数,综合输出光学经纬仪读数。智能读数系统原理图如图1所示。

1.2 图像预处理

采集到的图像是一个RGB图像,常将其转换为灰度图像以提高系统的执行速度,减小存储空间。从读数窗中获得的图像,存在光照不均、背景与目标灰度值相近等问题,需要通过图像增强以强调或删除图像的某些特征。通过像素点统计图判断出刻线的颜色主要集中在71～101之间,通过把位于71～101之间的颜色值离散开,按比例离散为分布在0～255之间的颜色值。同时把颜色小于71的的像素颜色置0,把颜色大于101的像素颜色置为255。

设位于71～101之间的颜色值为x,要变为0～255之间的颜色值为y,让y与x满足:

于是可以得到y与x的关系:

根据上式就能够把71～101之间颜色值离散到0～255之间。不过,在对原有矩阵使用该变换后,原先矩阵中小于71的元素会变为负数,大于101的元素会超过255。所以在变换后,可以把变为负数的元素置为0,超过255的颜色置为255[4]。

由于matlab涉及的图像处理函数多针对二值图像,因此在图像增强后还需要将图像二值化。与灰度图像相同,二值图像只需一个数据矩阵,每个像素只有0或1,0代表黑色,1代表白色。

光学经纬仪照准高低不同的目标,读数窗会有相应的倾斜。因此还需要对图像进行倾斜校正处理,通过radon变换计算指定方向上图像矩阵的投影,计算出倾斜角度值,再用imrotate函数实现对图像的旋转。

1.3 图像裁剪

T3光学经纬仪读数窗由两部分组成,上窗口和下窗口,上窗口为度分盘,下窗口为2′秒盘。图像经过预处理后,通过垂直投影和水平投影裁剪出上、下窗口。对于上窗口,通过水平投影裁剪出字符区域、刻线区域及中间长指标线区域。对于下窗口,通过计算中间长指标线区域位置,左右各取35个像素位置,裁剪出小区域,再在此基础上通过水平投影裁剪出字符区域和刻线区域。图2为T3经纬仪实际拍摄图像下窗口处理的结果。

1.4 字符分割与识别

字符分割与识别是本系统的重点和难点。光学经纬仪读数比较复杂,本系统在度分读数方法的设计上采取读上窗口上排右侧数值,通过倒置、分割、识别后所得数值加或减180°即可得度值。为防止上排右侧数值出现不完整情况,如果末端数值离最有边界的距离大于字符间距,取右侧数值,否则取左端数值。如果取左端数值,结果得到的度值为左端数值加或减181°。

光学经纬仪读数窗的数字具有以下几个特点:(1)数字是印刷体,形状比较规则;(2)数字之间、数字与刻线之间的相互位置是固定的;(3)视场光强不稳定;(4)图像视场中,存在一定的干扰,在极端的情况下,预处理后的字符可能出现不连续的情况。基于以上几点,结合实验分析,本文采用模板匹配法来识别刻线上的数字,其优点主要是具有较强的抗干扰能力,能保证较高的识别率[5]。模板匹配法是印刷体字符识别中最常用的一种方法。将待识别字符区域与所有模板字符的点阵图像按公式进行相关度的计算,取相关度最大的模板字符作为被识别结果。对大于9°的连字识别采取两步走的方法解决。第一步,分割出相应的字符块,如166为一个图像块,347为一个图像块;第二步,对图像块进行倒置、分割等处理实现字符识别。

由于在图像预处理过程中估算出的倾角有一定的误差,图像校正后,还是存在着微小的旋转角。小窗口为弧形秒盘,字符对心倾斜,也存在微小的角度。预处理后的待识别字符形态并不理想,只采用模板匹配法的识别率较低,误识率较高。因此本系统采用模板匹配与神经网络识别相结合进行字符识别,在进行模板匹配时,如果相关度小于T时,再进行神经网络识别。

图3为对上窗口模拟图像进行字符分割,通过模板匹配,得到数值为346,则实际度值为346-180=166。下窗口相对简单,只需分割中央指标线前端字符,如果出现不完整情况则分割后端字符,再进行字符分割及识别。

1.5 刻线定位读数

人工读数时,上窗口需要计算下排左端数值与其对径180°数值之间的刻线条数,下窗口需要估算中间指标线所在刻线位置的小数值。在智能读数系统中,上窗口的刻线条数按照人工读数方法,识别效率很低,因此本文采用计算下排左端数值与中央指标线之间的刻线条数e,如果中央指标线与刻线重合,则分值为e×4,如果不重合,在分值为(e×2-1)×2。如图3,e=10,两线重合,则分值为40。下窗口需要估算刻线所在位置,刻线定位的精度决定了系统读数的准确性,因此采用的定位方法必须能够对刻线精确定位。本文采用亚像素细分的方法,通过软件算法将刻线定位在亚像素级别,相当于提高了读数精度。通过刻线定位读数,图2的刻线距前端的数值为0.62。

综合图2和图3上下窗口,通过智能读数系统输出的结果为166°40′2.62″。

2 结论

利用MATLAB图像处理技术实现了T3光学经纬仪的智能读数。从编程运行的试验结果来看,采用的图像识别算法非常有效,正确率高,重复性好,大大提高了工作效率及准确率,与其它编程软件相比,工作量和开发周期减少很多,为后续光学经纬仪检定的自动化奠定了基础。实际应用中,图像的识别率受光强影响较大,需不断完善识别算法。

参考文献

[1]刘学明,陈建端.基于程控多齿分度台和CCD图像处理的经纬仪自动检定[J].四川兵工学报,2008(5).

[2]齐英楠.基于DSP的图像读数系统研究[D].天津:天津大学,2007.

[3]JJG414-2003.光学经纬仪检定规程[S].北京:中国计量出版社,2003.

[4]于万波.基于MATLAB的图像处理[M].2版.北京:清华大学出版社,2011.

经纬仪测量的实习报告 篇2

一． 实习的目的和要求

1．了解DJ6型光学经纬仪各主要部件的名称和作用。2．练习经纬仪对中、整平、瞄准和读数的方法，掌握基本操作要领。

3．要求对中误差小于3mm，整平误差小于一格。

4．掌握测回法观测水平角的观测顺序、记录和计算方法。上、下半测回角值互差不超过±40″。

5.掌握竖直角的观测顺序、记录和计算方法。指标差应小于24″。二． 仪器和工具

DJ6光学经纬仪1台，花杆2根，记录板1块

三． 观测方法

水平角测量：（测回法）

观测顺序： 盘左：瞄准J，读数j左

瞄准K，读数k左 β左=k左-j左 盘右：瞄准K，读数k右

瞄准J，读数j右 β右=k右-j右 精度要求：β左-β右<±40″

取：β=（β左+β右）/2 水平角β是从起始方向(即第1方向)顺时针转到第2方向所成的角度，观测时必须首先确定起始方向，然后按照“测回法”的次序观测。

水平角β总是右方向读数减去左方向读数而得。

测回法水平角观测记录

第一个方向读数应设置在0°、180°附近；分数和秒数的整数应写足二位，例如 04′、06″等。

计算水平角，第二方向减第一方向，如果不够减则加360°。一测回中,不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。竖直角测量：

四． 实习心得

我们都知道经纬仪主要用于角度的测量。水平角、竖直角的测量均可以用经纬仪来实现。为了让我们更好的掌握经纬仪的使用方法，老师安排了两次课的时间让我们进行经纬仪测量的实习。第一次的实习课进行的是水平角的测量。第二次的实习课我们进行了竖直角的测量。

每次的实习课，总是能学到许多课堂上学习不到的东西，也能让我们注意到许多平时生活中或者理论课上我们认为不重要但实际上却是很重要的东西。比如团队的合作，比如工作的认真态度以及专心致志的工作精神。还有就是许多在理论课上被我们忽略的测量细节。

经过实习，我们都知道了经纬仪的操作分为对中、整平、瞄准和读数。其中，对中和整平是接下来操作的基础。只有安置好了经纬仪，才能够正确的读数。测量出来的结果才能更加准确。

对于经纬仪测量水平角，有两种方法：测回法和方向观测法（全圆测回法），我们的实习课采用了测回法。在使用测回法进行水平角观测的实习中，我更深刻地明白了老师为什么要给我们进行分组，并且专门给我们安排了正、副组长。不正是为了让我们小组的成员能够更好地合作，更加有效率完成我们的实习任务么？

在测水平角的实习过程中，个人觉得我们组的时间利用的不大好。感觉同学们在实习课前对实习的操作步骤和注意事项没有一个预先清楚了解的过程。常常在实习要开始的时候小组组员之间产生意见分歧，亦或是个别同学疑惑操作为何要如此进行，然后一直追问，而这一方面是老师在课前已经讲过了的，也因为这样浪费了许多本来能很好利用起来的时间。

所以我在想，能否在实习课之前，老师讲过实习步骤要点之后，再争对一些特别重要的注意点，向我们提出问题，让我们大家都能够去思考，并且能够在实习课之前清楚明了我们所做的每一步。因为我们很难保证整一个课堂没有几分钟或是没有几个人走神亦或是不认真听课的。通过这个方法能够让大家及时巩固要点知识。

在竖直角测量方面，特别需要注意的是数据的处理，这方面很容易产生误差。主要有如下几个方面的误差：仪器误差、视准轴误差、横轴误差、竖轴误差、读数误差。仪器误差与几个轴误差主要是在安置仪器时未达到标准，这就要求我们在对中和整平的时候更加有细心和耐心。读数误差则是由于个人读数的主观意识造成的，因为不同的人对于估读都有不同的标准。

此次的实习中，我们大致掌握了仪器的操作，对仪器有了进一步的掌握和了解，也明确了仪器的使用在现实生活中的意义。

实习的过程当中，我们学到了很多。不光有对经纬仪的使用，还有数据的处理，对仪器误差的检验与校正，怎样才能更好的使用仪器等等。

此次实习也让我们发现了我们的一些缺陷：基础不够扎实，分工不够合理，操作时配和不够好等等。这些还需要我们在以后的实习课程中逐步加以完善，争取做到更好。

经纬仪的安置 篇3

关键词：经纬仪；水平角测量；测量精度；仪器误差；三轴误差 文献标识码：A

中图分类号：TH761 文章编号：1009-2374（2015）14-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.040

仪器的制造和安装不论如何严格要求，也不可能百分之百地达到仪器各部件及其相互几何关系的要求，伴随使用中的磨损、变形及外界因素的影响，测定结果不可避免地存在误差，这就是所谓的仪器误差。

三轴误差（视准轴误差、水平轴倾斜误差、垂直轴倾斜误差）、照准部旋转误差以及分划误差（水平度盘分划误差、测微盘分划误差）、光学测微器行差共同组成仪器误差。本文将主要阐述和分析仪器误差的成因、控制措施和消减办法。

1 三轴误差的影响

1.1 视准轴误差

产生视准轴误差的原因是安装和调整不规范，望远镜的十字丝中心不在正确的位置，视准轴与水平轴不正交而产生的。另外，视准轴位置也会因温度的差异引起变化，造成视准轴误差。

视准轴误差对观测方向值的影响，在望远镜纵转前后，大小相等，符号相反。因此，可利用取盘左与盘右的平均数消除。

1.2 水平轴倾斜误差

水平轴倾斜误差是在水平轴与视准轴正交、垂直轴与测站铅垂线一致的前提下，仅由于水平轴与垂直轴不正交使水平轴倾斜一个小角造成的。

水平轴倾斜误差出现的原因：未按规范正确安装、调整仪器，造成仪器水平轴两支架不等高或軸两端的直径不等。

在盘左、右读数中，取平均值来消除水平轴倾斜误差对观测值的影响。

1.3 垂直轴倾斜误差

仪器三轴间关系均已符合要求时，仪器水平未严格整置，使仪器垂直轴和测站铅垂线间有一个微小的偏离角度，称垂直轴倾斜误差。结果视准轴（与水平轴正交）也偏离了正确位置，在其绕水平轴俯仰时的照准面形成了倾斜照准面，而不是要求的垂直照准面，造成了水平方向观测的误差。该误差不像水平轴倾斜误差通过盘左盘右观测取平均能抵消，要仔细整平。

2 照准部旋转误差

在观测过程中仪器转动可能产生一些误差。

2.1 弹性带动误差

轴套和垂直轴间存在摩擦力使照准部转动时，仪器的基座局部出现弹性扭转，水平度盘因摩擦力被带动发生微小的方位变动。需要克服轴与轴套间互相的惯性阻力，弹性带动主要发生在照准部转动起始时，照准部转动过程中，摩擦力较小。故而照准部右转（左转）时，水平度盘向右（向左）被带动一个微小的角度，导致读数偏小（偏大），给观测带来系统性影响。

图1

消除其影响的方法是：保持照准部在半测回中旋转方向不变，照准各个目标测量误差的符号相同，大小基本相等，可定值消除各方向组成的角度值误差。三角观测中规定，在一测回中保持照准部旋转方向不变。如图1，观测目标A、B夹角，假如目标A在上半测回先照准，随后按同一旋转方向转动照准部照准目标B。目标B在下半测回先照准，然后按同一旋转方向旋转照准部照准目标A。上、下半测回测角分别是、360°-，上、下半测回中照准旋转方向保持一致，误差影响基本相同，可以使用取上、下半测回的角度值的平均数的方法基本上消除此种误差影响。

2.2 脚螺旋的空隙带动

存在螺纹制造的误差，转动照准部时，脚螺旋杆初始转动时有些微距离的空程。这样在观测过程中，基座连同水平度盘因空行程产生方位的微小偏差，使观测结果与实际值不一致。这种方位的微小偏差就是脚螺旋空隙带动。

显而易见，脚螺旋空隙带动存在对改变照准部旋转方向后照准的第一个目标影响最大。以后各方向的观测中照准部保持旋转方向不变，对结果的影响逐渐减小。降低这种误差影响的方法是：开始照准目标前，预先按预定旋转方向转动照准部1～2周后进行观测；在一测回或半测回中，照准旋转方向始终不变。

2.3 水平微动螺旋的隙动差

水平微动螺旋的隙动差：旋退水平微动螺旋照准目标时由于水平微动螺旋弹簧的强度衰减或污渍影响，螺旋杆端就出现微小的空隙，在读数过程中弹簧逐渐伸张消除空隙，视准轴偏离目标，给读数造成偏差。

减弱其影响的方法是：工作前，为消除隙动差需转动水平微动螺旋向压紧弹簧方向压紧。当水平微动螺旋旋进时，望远镜所指方向将向左移动，无论旋向如何，在望远镜纵丝左侧少许发现目标，望远镜成倒像，目标实际在纵丝的右侧，然后用水平微动螺旋旋进照准目标。另外，要尽量使用水平微动螺旋的中间段，需开始每一测回前，应确认微动螺旋处于中间部位。

3 水平度盘分划误差

如果度盘分划线的位置不正确，通过在水平度盘上的分划读数求得水平方向或水平角的观测值的准确度将受到影响。误差产生的原因和特性的不同，水平度盘分划误差可以划分以下三种：

3.1 分划偶然误差

水平度盘在机械刻度时，由于加工误差和环境影响，使刻度机在度盘上刻出分划线时出现或偏左或偏右无规律的变化，为分划偶然误差。它的大小在±0.20″～±0.25″以下。分划偶然误差通过在多个的度盘位置上多次观测读数，可较好地抵偿这种误差

影响。

3.2 长周期误差

刻度盘与刻度机标准盘的旋转中心不同轴、面不平行，标准齿盘有形位误差等，刻出的度盘分划线存有以水平度盘全周为周期、规律性变化的系统性误差，此误差称为分划长周期误差。其大小可达±2″。该误差的最重要特点是，在一个周期内，一半正值，一半负值，总和为零。

3.3 短周期误差

分划短周期误差是因刻度机的扇形轮和涡轮有偏心差、齿距误差，刻出的度盘分划线形成以度盘一小段弧为周期，且在度盘全周上重复出现、变化规律的系统误差。其大小可达±1.0″～±1.2″。

4 光学测微器行差

当度盘分划像移动半格时，测微盘转动的理论格数与测微盘实际转动格数之差就是测微器行差，这只是表象。我们知道，在测微器读数窗中看到的度盘分划影像是由显微镜将度盘加以放大后形成的。测微器行差实质上是由显微镜物镜位置不当而产生的。另外，如果度盘对径分划经过不正确的光路，将使正像和倒像分划的宽窄不相等。

造成物镜位置不正确的原因是：安装和调整不当及外界因素的影响。因此，当测微器行差超出规定时，就要由仪器修理人员调整测微器物镜的位置。

综合以上分析可以归纳出：测量工作受仪器本身误差的影响很大，但都有一定的规律，只要善于掌握和遵守水平角观测操作的基本规则，并通过合理必要的纠偏措施，绝大部分误差的影响是可以消除或减弱，甚至是可以避免的。

参考文献

[1] 翟翊，等.现代测量学[M].北京：解放军出版社，2003.

[2] 李峰，等.建筑施工测量[M].上海：同济大学出版社，2010.

[3] 徐育康，等.测量学[M].北京：解放军出版社，1999.

作者简介：姚坡元（1975-），男，山东济宁人，供职于济宁技师学院，硕士，研究方向：机械制造及其自动化。

舰载光电经纬仪视轴稳定精度的分析 篇4

1 影响视轴稳定精度的因素分析

影响舰载经纬仪的视轴稳定精度的因素很多, 主要包括以下几个方面。

1.1 机械机构误差

作为光电传感器的载体, 转动框架的精度直接影响光电传感器的稳定精度, 转动框架的误差主要有以下两个方面: (1) 框架的机械误差:主要包括机械回转误差和三轴误差; (2) 陀螺的安装误差:陀螺在安装的过程中, 会产生速度轴垂直度误差和与视轴的平行度等误差, 这些误差会影响陀螺的输出量, 造成了控制系统的反馈量误差, 降低了系统的稳定精度。

1.2 陀螺信号误差

视轴稳定系统的测速元件一般都为陀螺, 陀螺信号存在两种主要误差:陀螺信号漂移和噪声。这些陀螺误差会通过控制回路影响控制量, 从而对视轴稳定形成不确定干扰, 因此, 有效的抑制陀螺的输出漂移误差和噪声是提高视轴稳定性能的关键。

1.3 执行元件的误差

执行元件的误差主要是由于电机的死区、力矩饱和特性、电机的输出特性的非线性等原因产生的传动系统的误差。

2 视轴稳定精度对光电经纬仪探测能力的影响

光电经纬仪的探测能力即作用距离是光测设备的重要技术指标。目标成像主要包括大气、光学系统、光学接收器件和信号处理器等几个环节, 从成像的各个环节可知, 影响光电经纬仪的作用距离的因素很多, 主要包括光学成像系统的性能、目标的特性 (包括目标大小、发光度或辐射特性) 、外界环境 (大气抖动、背景亮度) 、接收器件等有关。

目标是否能被光学系统探测到, 都应满足如下的条件: (1) 目标像在光学接收器件上的光能量 (或照度) 能被接收器感受到, 即目标照度≥相机最低照度阈值; (2) 像面上目标和背景的对比度要达到一定的比值或满足信噪比的要求, 以满足视频跟踪器稳定提取视频信号和视频判读的要求; (3) 目标在靶面上成像尺寸应满足最小成像的要求。

以可见光电视系统为例, 其探测能力主要取决于两点: (1) 电视系统接收面上目标和背景的照度大于接收器的灵敏度值; (2) 整个系统的信噪比大于2。信噪比来源于目标与背景的照度差, 故实际上也是“反差”。

目标在CCD靶面上形成的照度可用公式 (1) 来计算:

在 (1) 、 (2) 和 (3) 式中:

ECM为目标在相机靶面上的照度;

E′CM为考虑了视轴稳定误差后的目标在相机靶面上的照度;

E0为太阳光照射的物面照度, E0=1.25×105lx;

ρ为目标反射系数;

D为探测器的口径;

F为可见光电视相对孔径;

τ1为光学系统透过率;

τ2为大气透过率;

τ3为电视对目标的滤光系数;

θ为观测方向与太阳的夹角, 一般取45°;

α为弥散系数 (与光学系统分辨率, 成像质量, 相对速度, 目标大小, 大气抖动等有关) ;

d为目标像的尺寸;

d0为像元尺寸;

σa为大气抖动;

σw为视轴稳定精度;

σf为像元的角分辨率;

X为目标在考虑扩散的影响后所成像占的像元数;

K为目标像扩散前后在CCD靶面照度的衰减系数。

以某可见电视系统为例, 取f=3200mm D=360mm, 目标的直径=1.14m在R=20km时, 理想情况下, 目标像的尺寸为45.6μm约占7个像元;以像元尺寸12μm计, 像元的角分辨率为σf=arctan (12×10-3/3200) =0.77″若考虑2″的大气抖动, 则像点弥散3个像元;假设视轴稳定精度为σw, 像点因视轴不稳定和大气抖动最终成像所占像元数按式 (2) 计算。表1中列出了不同的稳定精度条件下, 目标成像的大小, 从式 (1) 可以看出, 目标成像的大小、视轴稳定精度和与目标在CCD靶面上的照度下降比例的关系。利用公式 (3) 可以计算出像点太小不同的目标在CCD靶面上照度下降的比例, 其具体值见表1。

从表1中可以看出, 由于视轴的抖动会引起像点的扩散, 从而使目标在靶面上的照度变小, 视轴抖动的越严重, 靶面上的照度下降的比例越大, 当像点扩散到一定程度, 就会使目标不成像, 从而影响了光测设备的作用距离, 引起图像的模糊。另外从公式中也能看出, 当系统像元分辨率越小时, 视轴的稳定精度对系统探测能力影响越大。

3 分析光电经纬仪探测能力对视轴稳定精度的需求

对于舰载光电经纬仪, 视轴稳定性能的好坏直接影响光测系统的探测能力和成像质量, 甚至关系到能否成像的问题。以CCD电视成像系统来讲, 目标像占3×3个像素可发现目标。焦距2000mm、靶面1/3的电视系统, 3个像素对应的角度值为2″。

从以上分析计算可以看出, 舰载光电经纬仪不同的探测能力与成像要求, 需要不同的视轴稳定精度。焦距越长、规模越太、探测能力与成像质量要求越高的设备。

4 实现舰载光电经纬仪视轴稳定的方法

为了保证舰载光电经纬仪的探测能力和成像质量, 必须对视轴采用稳定控制方法。目前采用的方法可分为机械平台和视轴自稳定控制。机械平台稳定控制技术由于所占体积较大、成本高, 在近些年的已被淘汰。视轴的自稳定技术常用两种方法实现, 第一种方法为船摇速度前馈法, 第二种方法为速率陀螺反馈法。

4.1 船摇速度前馈法

利用船上惯导系统或其它稳定基准实时测量船摇运动的横摇、纵摇、艏摇角度和角速度, 经过计算机平滑处理和解算外推, 求出船摇速度前馈量。分别输入到伺服控制系统方位和高低回路, 进一步补偿船摇扰动引起的指向误差。

4.2 速率陀螺反馈法

速率陀螺反馈法, 即将两个正交速率陀螺安装在天线俯仰支臂上, 分别敏感船摇运动在天线横向及俯仰轴向引起的扰动信号, 并负反馈到角伺服控制系统各只路中组成各自的稳定回路。陀螺反馈也有两种方法, 一种用速率陀螺作为速度敏感元件, 组成速度环隔离船摇扰动。另一种方法是用速率积分陀螺, 陀螺电路串接在系统主回路中, 成为系统主回路的一部分, 靠陀螺角动量矩的空间反馈来组成陀螺稳定回路。从上述的两种陀螺反馈的视轴稳定控制原理可知, 第一种方法在闭环回路里包含了基座的机械谐振频率和陀螺的闭环谐振频率, 因此整个闭环回路的谐振频率受到了影响;第二种方法的闭环回路中缺少陀螺谐振环节, 这样稳定回路的带宽可以做得很高, 对高频船摇扰动隔离效果更好, 但设计和调试的难度加大。

5 结语

通过分析视轴稳定精度对光电经纬仪的探测能力的影响, 我们可以得到以下结论:光电经纬仪的视轴稳定对设备的成像质量和作用距离具有重要的影响, 光学系统的焦距越长、角分辨率越小, 则要求的视轴稳定精度越高。

参考文献

[1]朱华征, 范大鹏, 马东玺, 等.动载体光电成像系统视轴稳定精度研究[J].应用光学, 2009 (4) :537～541.

[2]罗俊萍.机载光测设备视轴稳定精度分析[J].飞行器测控学报, 2001 (1) :50～54.

[3]贾平, 张葆.航空光电侦察平台关键技术及其发展[J].光学精密工程, 2003 (1) :82～88.

[4]王凤英, 张显库, 任承志, 等.光电跟踪器船摇自稳定建模及仿真[J].光电工程, 2005 (7) :11～14.

[5]姬伟, 李奇, 杨浦.陀螺惯性平台视轴稳定双速度环串级控制的研究[J].仪器仪表学报, 2007 (1) :114～119.

光纤通信在光电经纬仪中的应用 篇5

近年来, 我国航空、航天和国防事业飞速发展, 大量的试验数据需要光电经纬仪来测量, 因此对经纬仪性能要求越来越高, 尤其对经纬仪的数据传输速率与质量提出了更高的要求[1]。传统方法采用机械式导电环实现装备随动部分与固定部分的数据实时传输, 但是, 导电环存在很多弊端, 如易磨损、抗电磁干扰能力差、传输速率低、带宽窄, 尤其是当视频数据量较大时无法实现实时传输等。因此导电环这种机械结构成为了制约光电经纬仪发展的瓶颈之一[2]。光纤通信作为一种新兴的通信技术, 具有传输损耗低、传输带宽大、抗电磁干扰能力强、传输质量好、保密性好等特点, 显示出其优越性并取得了迅速的发展[3]。光电经纬仪主要由光学系统、伺服系统、存储系统、数字通信系统等组成。各分系统进行统一协调工作就有大量的数据、信息在分系统间传输、交换, 将光纤通信技术引入光电经纬仪进行信息与数据传输将有助于提高信息传输带宽, 改善信息传输的质量。

1 光纤系统的组成

光纤传输系统由机上光纤通讯模块、波分复用器、光纤滑环、波分解复用器、机下光纤通讯模块五部分组成 (如图1) 。系统建立了机上、机下之间数据和信号的高速光纤传输通道, 以满足经纬仪机上、机下数字图像的实时远距离传输的要求, 系统中用了多路通道, 波长各不相同, 光纤采用单模光纤;光纤滑环安装在方位编码器芯轴中, 设计了光纤旋转连接器, 通过机械拔插机构进行柔性连接[4]。

2 光纤系统的工作原理

2.1 视频传输光纤板的工作原理

视频传输光纤板主要是完成对数字图像的实时传输。考虑到图像输出的方式为Camera Link方式, 首先要把4路高速的LVDS数据信号以及像素时钟信号转换为TTL信号, 以便于在光纤连接器的发送部分接收图像数据。通常的做法有两种, 第一种是通过相应的LVDS转TTL的IC器件完成转换的功能, 好处是硬件实现, 更换器件方便, 信号测试简单。第二种是利用FPGA自带的LVDS IP核进行电平的转换, 通过实验证明两种方法都是可行的。最后为了便于器件的更换, 系统选取了第一种方法, 利用美国国家半导体公司生产的DS90CR285以及DS90CR286实现TTL信号和LVDS信号之间的转换。

2.2 光纤底板的工作原理

光纤底板包括一对收发光口, 通过预留的IO总线将接口板的串行信号以及模拟视频数字化的信号统一串行化, 进行光电转换, 同时也能够完成对光电经纬仪转换完毕的串行信号进行解串操作。

2.3 光纤滑环

光纤滑环是在传统的机械式功率环中, 加装光纤旋转连接器, 通过机械拔插机构进行柔性连接, 光纤旋转连接器选用单模光纤准直器、微型精密轴系、机械连接及调整机构组成 (如图2) 。

单通道光纤旋转连接器, 为解决旋转链接的系统部件之间的宽带宽、高速率的数据传输而设计。可以应用在潮湿、多尘、凹凸不平的环境下, 其组件具有很高的可靠性。极小的尺寸使得它很容易安装在绞盘或者海底电报输出系统中, 旋转时可以连续输出信号。特别适合应用在需要无限制的, 连续或断续旋转, 同时又需要从固定位置到旋转位置传送大容量数据、视频信号的场所。光纤滑环具有独特的优点。 (1) 用光纤传递信号, 无泄密, 无电磁干扰, 可以远距离传输; (2) 产生的灰尘少, 寿命长, 可达1亿转以上; (3) 体积小、重量轻, 不锈钢材料; (4) 损耗小 (<1.0d B) 、旋转速率高 (1000rpm) 。

2.4 波分复用器

光波分复用 (WDM:Wavelength Division Multiplexing) 技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。光波分复用 (WDM) 的基本原理是:在发送端将不同波长的光信号组合起来 (复用) , 并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输, 在接受端又将组合波长的光信号分开 (解复用) , 并作进一步处理, 恢复出原信号后送入不同的终端, 因此将此项技术称为光波长分割复用, 简称光波分复用技术。

3 检验结果

DS90CR286芯片实现对LVDS信号的接收功能, 把5路LVDS信号转换为一路TTL时钟信号和28路数据信号;与之配对使用的是DS90CR285芯片, 实现将28路并行TTL信号转换为四路LVDS信号, 同时将一路TTL时钟信号转换为LVDS信号, 两种芯片的数据带宽相同, 高达231M B/s。

采用Camera Link图像接口, 经检验, 光纤系统单路传输速率达到2.5Gbps, 信号延迟低于100ns, 光路传输误码率低于10-12, 信号传输距离可达100m, 单模光纤介入损耗最大1.0d B, 旋转变量最大0.5d B, 回波损耗最小-50d B, 波长850~1650nm, 旋转速率1000rpm, 检验结果完全满足光电经纬仪数据传输要求。

4 结语

由于光纤通信具有传输速率高、带宽宽、抗干扰能力强、损耗低的特点, 将其应用于光电经纬仪可以提高光电经纬仪的整体测量性能和灵活性, 完全满足数据传输各方面要求, 因此光纤通信系统在光电经纬仪中具有巨大的使用价值。

摘要：光电经纬仪在数据传输过程中, 导电环存在传输速率低、带宽窄、抗电磁干扰能力差等问题, 当需要传输多路高速数据和各个分系统控制信息时, 产生了数据传输的瓶颈问题。光纤通信作为一种新兴的通信技术, 具有传输损耗低、传输带宽大、抗电磁干扰能力强、传输质量好、保密性好等优点, 在光电经纬仪中引入光纤通信技术, 有效地解决了数据传输瓶颈问题。

关键词：光电经纬仪,光纤通信,光纤滑环,机上光纤通讯模块,机下光纤通讯模块

参考文献

[1]沈铖武, 曹永刚, 王晶, 沈成彬.光纤通信技术在光电经纬仪中的应用[J].光纤与电缆及其应用技术, 2005 (6) 32-34

[2]韩红霞, 曹立华, 耿爱辉, 郭劲.光纤通信在数字化经纬仪中的应用[J].长春理工大学学报, 2005, 28 (6) :20-22