WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«РАЗРАБОТКА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ КОНТРРЕФЛЕКТОРА РАДИОТЕЛЕСКОПА МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН Н. С. Толочёк, И. А. Коняхин ...»

РАЗРАБОТКА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ

КОНТРРЕФЛЕКТОРА РАДИОТЕЛЕСКОПА МИЛЛИМЕТРОВОГО

ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

Н. С. Толочёк, И. А. Коняхин

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет

информационных технологий, механики и оптики

Рассмотрен прибор для определения пространственных координат объекта, работающий по методу «обратной угловой засечки». Выбрано оптимальное фокусное расстояние объектива приемного канала и выявлена необходимость использования анализатора в виде трех фотоприемных матриц для уменьшения влияния случайной погрешности.

Направление в измерительной технике, связанное с определением пространственных координат контролируемого объекта, является актуальным и развивающимся. Осуществление контроля угловых поворотов и линейных смещений обеспечивает условие соблюдения высокой точности взаимного расположения составляющих элементов высокотехнологичного оборудования.

В машиностроении измерительные приборы этого типа используются для контроля геометрических параметров изделий и определения пространственного положения; в навигации и ориентации - для определения положения ориентируемого объекта относительно выбранной системы координат; в строительстве – для контроля отдельных элементов и сооружений в целом; в астрономии и геодезии – при определении координат небесных или наземных объектов.



Кроме того, система контроля пространственного положения объектов может решать широкий круг задач и использоваться в таких областях как, энергетика, промышленность и строительная индустрия, где требуется контроль взаимного положения нагруженных элементов:

фундаментов реакторов, пролетов мостов, опор дамб, стенок доков и т.д.

Целью данной работы является разработка ОЭС, предназначенной для определения пространственного положения контролируемого объекта, который представляет собой вторичное зеркало радиотелескопа – контррефлектор, который имеет форму круга диаметром 3 м. Определение координат контррефлектора осуществляется по определению координат визирных целей методом «обратной угловой засечки». Неоспоримое достоинство разрабатываемой системы – простая структура.

Суть метода «обратной угловой засечки» заключается в измерении положения как минимум трех контрольных точек, расположенных на объекте, с одной реперной точки. Зная координаты изображения контрольных точек на матрице, взаимное положение на объекте которых заранее известно, и фокусное расстояние объектива приемного канала, можно найти координаты контрольных точек, а также углы поворота плоскости, образованной этими точками.

Компьютерное моделирование такой ОЭС позволяет исследовать ее характеристики, а также проследить изменение параметров системы под влиянием различных факторов. Модель представляет собой математическое описание алгоритма измерения пространственного положения с помощью ОЭС.

  Структурная схема прибора, работающего по методу «обратной угловой засечки» представлена на рисунке 1 Рисунок 1 – Структурная схема ОЭС определения положения пространственных координат объекта работающая по методу «обратной угловой засечки»

Система этого типа обычно состоит из активных визирных целей (ВЦ) на объекте контроля, объектива (Об), матричного анализатора (МА), устройства сопряжения (УС) и электронно-вычислительной машины (ЭВМ), которая вычисляет линейные и угловые перемещения объекта.





Объектив, который имеет достаточное поле зрения для получения изображения от трех визирных целей, строит их изображение на матричном анализаторе, изображение через устройство сопряжения считывается в компьютер. Компьютером производится обработка видеокадра и вычисляются координаты объекта по специальным алгоритмам.

В качестве визирных целей, определяющих положение контррефлектора, используем светодиоды, так как они существенно превосходят источники излучения других типов благодаря своим малым габаритным размерам и массе, высокой надежности. Срок службы светодиодов может достигать до 100 тысяч часов, кроме того, у светодиода низкое рабочее напряжение и энергопотребление. При выборе светодиода должны соблюдаться следующие требования: излучение – непрерывное, диапазон излучения – ближний ИК, мощность излучения – не менее 30 мВт и не более 100 мВт.

В качестве приемника оптического излучения выберем КМОП – матрицу, поскольку она имеет такие преимущества перед ПЗС – матрицами, как низкое энергопотребление, низкая стоимость, наличие у КМОП-матрицы в каждом пикселе преобразователя заряда в напряжение, усилителя сигнала

ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ИЗМЕРЕНИЯ

Исследуемая оптико-электронная система предназначена для исследования пространственного положения контролируемого объекта. Пространственное положение объекта считается определенным, если измерены три линейные и три угловые координаты в базовой системе координат. В данном случае базовой является система координат X1Y1Z1(рисунок 2), связанная с центром объектива приемного канала измерительной системы. Приемный канал состоит из объектива и КМОП - матрицы, которая расположена в фокальной плоскости объектива.

На контролируемом объекте – контррефлекторе, расположены три активные визирные цели (контрольные точки) - светодиоды. Излучение от светодиодов, пройдя через объектив, попадает на матричный анализатор. По координатам падения лучей на матрицу и определяется текущее положение вторичного зеркала.

  Рисунок 2 - Расположение систем координат в используемой компьютерной модели Для построения компьютерной модели введем три системы координат. Начало неподвижной базовой системы координат X1Y1Z1 совпадает с центром объектива приемного канала. Подвижная система координат, X0Y0Z0, начало которой совпадает с центром контррефлектора, и третья, XYZ, вспомогательная, связанная с центром опорного кольца, на котором расположена измерительная система.

Изначально известными для системы величинами являются:

-исходное положение трех контрольных точек в системе X1Y1Z1 –,

–  –  –

где ( =1,2,3)– координаты нового положения контрольных точек в системе X1Y1Z1.

Положение координат падения лучей на матричных приемниках меняется из-за последовательного поворота контррефлектора вокруг трех осей подвижной системы   координат X0Y0Z0 и трех последовательных линейных смещений, поэтому новое положение контрольных точек на вторичном зеркале определяется по формуле 2:

(2) где P1 – матрица начального положения контрольных точек в системе X1Y1Z1;

- матрица коэффициентов угловых смещений контрольных точек;

- матрица линейных смещений контрольных точек.

В матричном виде выражение 2 выглядит следующим образом (формула 3):

–  –  –

  Кроме того, было принято решение увеличить количество фотоприемных матриц до трех, т.е. каждая матрица будет принимать сигнал от своей визирной цели.

Исследовав на компьютерной модели влияние на точность работы оптико–электронного прибора погрешности отклонения фокусного расстояния объектива от номинального, выяснилось, что она вносит недопустимо большую погрешность измерения в линейных и угловых измерениях по всем осям. Поэтому эту погрешность необходимо скомпенсировать. Один из методов ее компенсации – калибровка объектива.

При моделировании влияния на точность работы ОЭС погрешности, возникающей в результате неточного позиционирования визирных целей на объекте, также выяснилось, что они вносят значительные погрешности в точность измерений.

Однако эта погрешность также может быть скомпенсирована калибровкой визирных целей на объекте.

Моделирование было произведено при следующих условиях: расстояние от приемного канала до контрольных точек (визирных целей) – 21м, визирные цели располагаются на окружности диаметром 3 м, фокусное расстояние объектива – 400 мм.

Заключение В результате работы была разработана компьютерная модель функционирования ОЭС и выполнено исследование составляющих погрешности измерения, были выявлены сильно влияющие составляющие погрешности измерения, требующие компенсации при настройке ОЭС, в процессе проектирования выявлена необходимость использования анализатора в виде трех фотоприемных матриц.

Похожие работы:

«ISSN 1819 432X print / ISSN 1993 3495 online СУЧАСНЕ ПРОМИСЛОВЕ ТА ЦИВІЛЬНЕ БУДІВНИЦТВО СОВРЕМЕННОЕ ПРОМЫШЛЕННОЕ И ГРАЖДАНСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО MODERN INDUSTRIAL AND CIVIL CONSTRUCTION 2015, ТОМ 11, НОМЕР 2, 45–55 УДК 624.014:624.012 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІ...»

«Серія Машинобудування №59 3. Необхідною передумовою для точного визначення механічних властивостей кісткової тканини є стандартизація методики виготовлення зразків і умов навантаження з урахуванням орієнтації ліній максимальної жорсткості, притаманних нижній щелепі. Список літератури 1. Б...»

«Вісті Донецького гірничого інституту №1(36)-2(37), 2015 ISSN 1999-981X УДК 622.831 И.Г. САХНО (канд. техн. наук) Донецкий национальный технический университет А.А. ИСАЕНКОВ (ст. преподаватель) Красноармейский индустриальный институт РАЗРАБОТКА НЕВЗ...»

«~1~ УДК 677.052 ВВК 37.230.2 Б 267 Рецензенты: заведующий кафедрой физики и нанотехнологий Ивановской государственной текстильной академии доктор технических наук, профессор А.К.Изгородин, профессор кафедры прядения Московского государственного текстильного университета им. А.Н.Косыгина до...»

«Modell/Model/Модель: CC9916 DE Gebrauchsanweisung Kettensge GB Operating/Safety Instructions Chain Saw RU Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию Пила цепная электрическая 2011-07-25 Инструкция по эк...»

«РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОГО ПРЕДМЕТА "ХИМИЯ", 10 КЛАСС. ПРОФИЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ. Рабочая программа учебного предмета "Химия", 10 класс составлена в соответствии федеральным компонентом государственного стандарта общего образования (Приказ Мин...»

«Известия КГАСУ, 2012, № 1 (19) Строительные материалы и изделия УДК 539.375 Магдеев У.Х. – доктор технических наук, профессор E-mail: usman.magdeev@mail.ru ЗАО Научно-исследовательский проектно-технологический инсти...»

«УДК 664.002.5 (075) Обсуждена и одобрена на заседании кафедры "Холодильных технологий и техносферной безопасности" Московского государственного университета технологий и управления имени К.Г. Разумовского (ПКУ) Составители: Бузетти Константин Дантевич – кандидат техническ...»

«НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ МЕХАНИКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Смульский И.И. Институт Криосферы Земли СО РАН, Россия Аннотация Рассмотрены три задачи взаимодействия тел, для которых получены точные решения. В первой задаче тела осесимметрично расположены на плоскости. Их траекториями могут быть эл...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.