光栅法在船体横扭角测量中的应用

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1、第１３卷第３期光学精密工程Ｖｏｌ．１３Ｎｏ．３２００５年６月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎ．２００５文章编号１００４９２４Ｘ（２００５）０３０３７１０５光栅法在船体横扭角测量中的应用王建军１，２，王颖２（１．国防科学技术大学，湖南长沙４１００７３；２．中国人民解放军６３９２１部队，北京１０００９４）摘要：介绍了测量船船体变形测量系统几种测量方法的基本工作原理，比较了这几种测量方法的优缺点，在此基础上提出了一种新的测量方法光栅法。该方法涉及的测量系统不仅体积小、质量轻，便于安装调试，而且精度也比较高，克服了前几种方法的不足。光栅法采用了图像高精

2、度亚像素定位方法，可提高测量精度。对该方法的测量精度进行了理论分析与仿真试验，从理论误差和试验结果中，可得出结论：光栅法的测角精度可优于５″，能达到测量船船体变形测量系统的要求。关键词：图像处理；亚像素处理；变形测量系统；光栅法；横扭角中图分类号：ＴＢ９２文献标识码：Ａ犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳狉犪狊狋犲狉犿犲狋犲狉犻狀犵狋狅犺狌犾犾狋狉犪狀狊狏犲狉狊犲狋狑犻狊狋犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋１，２，ＷＡＮＧＹｉｎｇ２ＷＡＮＧＪｉａｎＪｕｎ（１．犖犪狋犻狅狀犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犇犲犳犲狀犮犲犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犪狀犵狊犺犪４１００７３，犆犺犻狀犪；２．犆犘犔犃６３９２１犝狀犻

3、狋，犅犲犻犼犻狀犵１０００９４，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｍｅｔｅｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｓｈｉｐ′ｓｈｕｌｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｒｅｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ａｎｅｗｒａｓｔｅｒｍｅｔｅｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈｎｏｔｏｎｌｙｈａｓｓｏｍｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｓｍａｌｌｂｕｌｋ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄｅａｓｅｏｆｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｓｈｉｇｈｅｒｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ａｈｉｇｈｐｒｅｃｉ

4、ｓｉｏｎｓｕｂｐｉｘｅｌｌｏｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓａｐｐｒｏａｃｈａｎｄｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆａｎｇｌｅｍｅｔｅｒｉｎｇｃａｎｂｅｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆａｎｇｌｅｍｅｔｅｒｉｎｇｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｄ５ａｒｃｓｅｃｏｎｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｓｕｂｐｉｘｅｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｔｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｒａｓｔｅｒｍｅｔｅｒｉｎｇ，ｔｒａｎｓ

5、ｖｅｒｓｅｔｗｉｓｔａｎｇｌｅ收稿日期：２００５０３２２；修订日期：２００５０４１８．３７２光学精密工程第１３卷基座或惯导基座）上安装自准直测量光管，１引言分别测量两基座与大钢管之间扭曲变形，最后合成为两基座之间的扭曲变形值，即在风浪、载重、船舶振动、温度变化等横扭角值。因素作用下，测量船船体将产生挠扭曲变方法（３）：双光源双ＣＣＤ探测法是一形，直接影响船载外测设备的测量精度，因种直接测量方法。在外测设备基座上安装此需要采用船体变形测量系统对外测设备２个点光源，２个点光源为刚性连接，在惯安装的基座与惯导基座之间相对角偏移进导基座上对应位置安装２个面阵ＣＣＤ探行监测，并将测量数

6、据实时送给中心控制测器件，２个面阵ＣＣＤ探测也采用刚性连系统或外测设备，以及时进行修正。按照接；分别测量２个点光源在面阵ＣＣＤ上的传统，外测设备与惯导两基座之间的船体成像位置，通过位置的相对变化和２个点变形可定义为纵挠、艏挠、横扭三维角度变光源之间的距离可以计算出船体横扭角变形量。对纵挠角和艏挠角的测量，常采用化的大小。平行光管发射、线阵ＣＣＤ接收测量的方方法（４）：双频偏振光法是近几年才提法，该方法技术比较先进、实施起来方便。出来的，其原理比较复杂：首先需要双频偏对横扭角的测量难度较大，国内外曾先后振光源（频率不等的正交圆偏振光）产生一提出了４种方法：（１）偏振光测量法；（２）大束

7、具有旋转偏振面的线偏振光，利用分光［１］钢管基准法；（３）双光源双ＣＣＤ探测法；镜将该光束分成２路，一路为参考光路，一［２］（４）双频偏振光法，这些方法各有其特路为测量光路。２光路通道中安装偏振器，点，但仍显不足。本文提出光栅法，作为探参考光路偏振器安装在惯导基座上；测量讨改进的一种新方法。光路偏振器安装在雷达等外测设备基座上。这种线偏振光透过偏振器后产生光强２以往方法比较度变化———其相位与偏振器取向角有关的光束，然后利用光电转换器件将光信号变方法（１）