基于无衍射光的隐藏点空间坐标测量方法研究

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1、分类号学号D200877109学校代码10487密级博士学位论文基于无衍射光的隐藏点空间坐标测量方法研究学位申请人：范宜艳学科专业：测试计量技术及仪器指导教师：赵斌教授答辩日期：2016年2月29日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringSpatialCoordinatesMeasurementforHiddenPartsbasedonNon-diffractingBea

2、mPh.D.Candidate:YiyanFanMajor:MeasuringandTestingTechnologiesandInstrumentSupervisor:Prof.BinZhaoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.China2016-2-29独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集

3、体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月

4、日华中科技大学博士学位论文摘要在大尺度空间坐标测量中，由于设备的测量空间大，现场环境复杂，常因空间阻隔、构件自遮挡或互遮挡以及凹陷等因素产生一些难以测量的关键必测隐藏点。针对通视阻断条件下的大型装备的隐藏点测量的问题，本文研究一种将空间姿态测量与激光测距相结合的组合测量新方法，借助全站仪等基础仪器，在不改变坐标基准的前提下，通过测量方向的转折，实现单坐标基准下的大尺寸非接触越障测量。主要研究内容和创新如下：1.分析无衍射光的基本特性，并基于无衍射光的测角理论，通过理论计算对满足无衍射光姿态角传感器的光学系统约束参数进行优化；建立空间姿态

5、角测量的数学模型，构建了基于无衍射光的空间姿态角测量系统。2.提出一种将姿态角传感器和激光测距传感器结合的可重构式移动测头，其能与全站仪构成可重构式坐标测量系统。介绍了测量系统的结构组成、基本测量原理，并给出了其标定方法；建立测量系统的数学模型，设计标定靶球并对系统进行了标定。3.提出一种将姿态角传感器、角度编码器和激光测距传感器结合的可旋转式移动测头，并与全站仪构成大尺寸非接触坐标测量系统。由于实际测量中测量控制点分布不均匀的特点，提出一种根据控制点在空间的分布确定权值的加权最小二乘的标定方法；采用蒙特卡罗方法进行了仿真分析，仿真结果

6、表明加权最小二乘算法总体上优于普通的最小二乘法，验证了标定算法的可行性。4.对可重构式坐标测量系统和可旋转式坐标测量系统的测量精度进行了实验验证及系统测量不确定度分析。编写了测量系统的软件平台；通过分析测量过程中全站仪、姿态角传感器、角度编码器以及激光测距仪等部件的误差，对测量系统进行不确定度分析。关键词：大尺寸坐标测量无衍射光隐藏点姿态角测量加权最小二乘标定激光测距仪I华中科技大学博士学位论文AbstractInlarge-scalespacecoordinatemeasurement,becauseoflargemeasurings

7、paceofequipmentandcomplicatedfieldenvironment,therearealwayssomekeyhiddenpointsthatmustbemeasuredbutaredifficulttobemeasuredcausedbyfactorssuchasspatialbarrier,self-occlusionofcomponentsormutualocclusionandconcavedpointsofinterest,etc.Tosolvetheproblemofhiddenpointsoflar

8、geequipmentunderintervisibilityblockingconditions,thisdissertationstudiesanewcombinedmeasuringmethodwhi