测量误差研究范文

测量误差研究范文（精选12篇）

测量误差研究 第1篇

关键词：数控机床,几何误差,误差测量,误差补偿

机床工作中都会出现一些误差, 而误差的存在会对机械制造质量形成极为不利的影响作用。所以, 如何提高机床机械制造质量是机械制造业亟待解决的重要问题。通过长期对机床特点的研究发现, 有两种提高机床机械制造的方法。其中, 第一种方法主要是通过提高机械制造的水平, 从而消除机械制造存在的误差, 这种方法称之为误差防止法。第二种方法是通过修改机床的加工指令, 对机床进行误差补偿, 从而实现提高机床精度的重要目标, 这种方法被称之为误差补偿法。数控机床是由普通机床发展而来的机床, 与普通机床相比, 它可以有效解决复杂、精密、小批量以及多品种零件加工的问题, 是一种效能高、柔性强的自动化机床, 对这种机床的推广和广泛使用, 对促进机械制造业进一步发展具有极为重要的作用。

1 引起数控机床几何误差的原因

数控机床的几何误差是数控机床的重要组成部分, 具有可重复性。要减少数控机床几何误差出现的可能性, 就需要充分利用数控机床的特点, 对数控机床进行离线测量, 通过测量对几何误差进行修正, 将几何误差出现的可能性降到最低, 从而实行机床精度强化的重要目标。而在数控机床几何误差测量中采用在线检测——闭环补偿的方法, 提高数控机床加工精度, 就需要提高测量仪器和测量环境工作的要求, 只有这样才能为几何误差测量工作提供充分的保障。

1.1 原始制造误差

原始制造误差是由数控机床各部件工作表面等各种因素引起的运动误差, 原始制造误差也是引起数控机床几何误差的主要原因之一。原始制造误差中, 控制系统误差和热变形误差是比较常见的几何误差, 热变形误差主要是由于数控机床运行过程中结构热变形引起的误差。总之, 热变形误差和控制系统误差是造成原始制造误差的关键性因素, 对数控机床安全运行会形成极为不利的影响作用。

1.2 工作过程中产生的误差

数控机床在工作过程中, 由于切削负荷, 会造成工机床、刀具以及工件等工艺系统的误差, 这种误差又被称为“让刀”, 这种误差的存在会增加零件畸变的几率, 会对零件制造质量形成极为不利的影响作用。而且机床的工作过程中的振动也会形成误差, 主要是因为在生产过程中, 机床生产的工艺比较繁杂, 且工序也比较多, 当运行状态不稳定的时候, 就会出现颤振的现象, 从而对零件加工表面制造形成极为不利的影响作用, 进而不利于零件生产质量的提高。

1.3 检测系统存在的误差

检测系统存在的误差主要包括两方面。第一, 这种误差的存在是因为测量传感器的制造误差以及安装误差引起的系统本身的误差。第二, 这种误差的出现是因为机床零件和机构误差导致测量传感器误差的出现, 这种误差的存在会对机床机械制造精度形成不利影响。机床在工作中容易受到多种因素的影响, 不仅会受机床本身的影响, 导致误差的存在, 其外在误差的存在, 也会对机床生产质量的提高形成阻碍。

2 数控机床的误差补偿技术

2.1 数控机床几何误差的测量方法

数控机床几何误差的测量方法主要包括直接测量法、间接测量法以及综合误差测量法, 这3种测量方法的显著区别是误差值的获得过程。

1) 数控机床几何误差的直接测量法, 一般用于查找影响机床生产进度的零件, 在机床制造厂广泛应用, 主要目的是增加机床本身的精度, 从而减少几何误差出现的可能性。在所有数控机床几何误差测量中, 直接测量法的精度最高。在几何误差测量中普遍使用的测量仪器是激光干涉仪, 这种测量仪器可以提高测量精度, 对于准确测量各项误差具有重要作用。直接测量法的主要缺陷是测量几何误差的时候, 需要分部测量, 使用的测量仪器也比较昂贵对从业人员的专业知识水平和综合素质要求比较高, 测量时间比较长, 对测量环境的要求也非常严格, 如果无法满足所有的条件, 就会对误差测量结果精度形成极为不利的影响作用。

2) 数控机床几何误差的间接测量法, 主要是指通过测量机床所加工工件的误差值, 获取到机床精度信息的一种方法, 一般在新机床验收工作中。数控机床几何误差测量工作中, 一般将这种测量方法应用于铣削加工, 并采用高精度测量仪器测试试件的加工精度, 只有这样才能得到机床相关的精度信息。这种方法具有非常强的实用性, 尤其是在特定零件加工中。在通用机床几何误差测量中采用这种方法, 不利于测量精度的提高。

3) 综合误差测量法。综合误差测量法在数控机床几何误差测量中, 首先需要依据标准参考物或测量仪器获得数控机床工作空间内的指令位置, 然后通过对相关数据信息的理论分析, 得到机床的相关误差, 依据误差出现的原因采取解决措施, 就可以实现对数控机床的精度诊断和基础的误差补偿, 对促进基机床有效工作具有极为重要的意义。

2.2 数控机床几何误差补偿技术

通过国内外长期对机床误差原因的分析, 总结出几种误差补偿技术方法。在数控机床几何误差测量中采用科学、有效的方法, 确保数控机床安全、稳定运行。实施误差补偿技术可以分为3个步骤, 首先, 测量出机床结构的误差, 且保证测量具有高速度、低成本的特点。其次, 对数控机床几何误差进行测量, 需要依据实际情况, 选择科学的测量方法, 只有这样才能确保误差模型参数的准确性。最后, 实现误差数据和数控系统的融合, 确保数控系统具有开放性, 只有这样才能确保误差补偿技术可以充分发挥重要作用。

3 结论

综上所述, 数控机床几何误差测量和误差补偿技术在数控机床机械制造中发挥着极为重要的作用, 通过测量对几何误差进行修正, 将几何误差出现的可能性降到最低, 从而实行机床精度强化的重要目标。

参考文献

[1]付国强, 傅建中, 沈洪垚, 等.五轴数控机床旋转轴几何误差辨识新方法[J].浙江大学学报:工学版, 2015, 49 (5) :848-857.

[2]杨洪涛, 耿金华, 丁小瑞, 等.数控机床力——几何误差的PSO-SVM建模[J].应用科学学报, 2014, 32 (3) :325-330.

[3]郭晓然, 张总.数控机床几何误差非接触圆轨迹检测方法研究[J].工具技术, 2014, 48 (6) :84-86.

[4]范晋伟, 宋毅, 唐宇航, 等.AOCMT机床旋转轴几何误差辨识方法的研究[J].组合机床与自动化加工技术, 2014 (11) :100-102, 106.

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电工仪表测量误差实验研究论文 第2篇

随着我国社会经济的高速发展，人们生活水平的不断提高，对于电力的使用需求也不断增长，不论是大中城市还是小乡村，都需要电力资源维持日常生活秩序，因此，电力的使用成为人们日常生产生活的必需品。正是由于这样，对于电力资源的测量工作也成为电力资源使用过程中十分重要的工作之一，所以，电工仪表测量工作中的误差产生需要及时分析明确，保证电工仪表测量工作最大精确化。

1常用仪表概述

(1)电压表。电压表使用是电工仪表测量的一种，其在并联电路中使用。电压表上通常以“+”接线柱靠近电源正极的一端，“-”标识的接线柱靠近电源负极的一端。在电压表使用过程中，需要注意的一点是：必须确保电压表的量程，不能超过其所测量的线路电压。否则不仅会为测量带来误差，还会破坏电压表的正常使用。(2)电流表。电流表也是电工仪表测量的一种，其与电压表不同的是，需要在串联电路中使用，电流表在测量工作中使用的`时候，需要保证电流从标识“+”的接线柱流入，从标识为“-”的接线柱流出。要想确保电流表能够正常工作，需要在串联电路中使用电流表的时候谨记：不能将电流表直接接到电源的两极上。通常情况下，量程在0-3A的分度值为0.1A，0-0.6A的分度值为0.02A，因此，在使用电流表进行测量之前，首先要确认电流表的量程，看清表针的停留位置，校正零按钮后使用。(3)钳形电流表。钳形电流表电工仪表测量的另外一种形式，钳形电流表自身又分为高压钳形表和低压钳形表两种。在具体测量过程中需要明确的区分高压线路电流和低压线路电流，不能使用高压钳形表测量低压线路电流，更不能用低压钳形表测量高压线路电流，容易对电流线路测量结果造成过大的误差。在测量过程中，对观测表进行读数的时候，要注意安全读数，将头部带电部分的电流表保持安全距离，以防造成安全事故的发生。另外，在测量高压线缆的相间电流时，电缆头的线间距需要保持30cm以上的绝缘良好;避免出现短路的情况，更要避免电缆中一头接触地面，造成人身安全事故。(4)电度表。电度表是测量各种线路传送的送电有功、受电有功、送电无功、受电无功等数据，但是需要注意的是，对于电度表而言现场读取的数值是二次数值，一定要转化为一次值，才是实际需要记录的电度数值。换算方法比较简单，是倍率乘以电度表的走数就是要读取的电度。(5)红外测量仪。红外测量仪是根据光学系统、光电探测器以及信号放大器和显示数测等组成的测量仪器，其工作原理为通过光学系统汇集视场内的目标红外辐射能量，然后将其聚集在光电探测仪中，接下来通过光电探测仪将其转化为相应的电信号，再经过信号放大器和信号处理电路转变为被测量目标的温度值。这种事通过测量物体自身辐射的红外能量，准确的测定该物体的表面温度。

2电工仪表测量产生系统误差原因分析

测量误差和测量不确定度 第3篇

关键词：测量误差；测量不确定度；重复性实验；计量标准考核

中图分类号：TM933文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0191-02

在量值传递与溯源过程中，数据处理是一个关键步骤。人们在使用误差理论的过程中，又发展出了不确定度概念，如何正确使用这两个概念，是基层计量人员需要解决的问题。

一、测量误差和测量不确定度的概念

（一）国家技术规范（JJG1027-91）关于测量误差的定义

测量误差是指测量结果与被测量真值之差。它既可用绝对误差表示，也可以用相对误差表示。按其出现的特点，可分为系统误差、随机误差和粗大误差。

根据定义，在实际使用中的测量误差Δ等于测量仪器的示值减对应的输入量之真值（或约定真值）XS，即Δ=X-XS。测量误差通常可分为系统误差和随机误差两类。误差是客观存在的，由于在绝大多数情况下，真值不能确定，所以真误差也无法知道。我们只是在特定条件下寻求的真值近似值，并称之为约定真值。但这个约定值也仅仅是相对于某一特定条件而言，所以人们针对真值的不确定，提出了不确定度这一概念。

（二）国家技术规范（JF1059-1999）关于测量不确定度的定义

表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。它按某一置信概率给出真值可能落入的区间。此参数可以是标准差或其倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度，其值恒为正。不确定度用来表征被测量的真值所处量值范围，但它不是具体的真误差，它只是以参数形式定量表示了对同一量多次测量结果可能所处的范围。不确定度按其获得方法分为A、B两类评定分量，A类评定分量是用统计方法确定的分量；B类评定分量是用非统计方法确定的分量。

二、测量误差和测量不确定度的联系和区别

（一）测量不确定度是误差理论的发展

误差分析是测量不确定度评定的理论基础，误差和不确定度虽然定义不同，但两者他们有着密切的联系。在不确定度B类评定时，更是离不开误差理论所得出的结果，如数据修约带来的误差、标准表带来的误差等，不确定度的概念是误差理论的应用和拓展。

（二）误差和测量不确定度的具体区别（见下表）

（三）测量不确定度的局限性

测量不确定度作为误差理论的发展，自身也存在着缺陷。从定义中分析，不确定度是用来“表征合理地赋予被测量之值的分散性”，也就是说不确定度表示的区间代表了对某个量的多次测量处于其间的概率，这与误差理论中的随机误差有相似之处，相当于是对随机误差概念的扩展，是对随机误差的范围做出具体界定。不确定度定义中的第二句“与测量结果相联系的参数”，表示单独使用不确定度是没有意义的，必须和测量结果同时出现，反映出的是测量结果的精密度。

三、计量标准考核（复查）申请书中的最大允许误差和测量不确定度

在计量标准考核（复查）申请书的第3页表格中有一栏为“不确定度或准确度等级或最大允许误差”，也就是表示此三个量为并列关系。但不确定度和允许误差无论是从概念上，还是表示的方式上都有极大的不同。

1．不确定度表示的是测量结果按照某一给定的概率处于某一区间可能，并有超出该区间的可能性，而允许误差对测量结果的要求是绝对不能超过某一区间，否则就被判不合格。

2．最大允许误差用符号MPE表示，其数值一般应带“±”号。例如可写成“MPE：±0.1”。当填写不确定度时，应使用扩展不确定度来表示。可写成“U=0.1%（k=2）”。

3．当同一台装置在复现性条件下，让两个人进行申请书填写，上述栏目中如果按照最大允许误差来填写，两个人的选择有相同的结果，如果按照不确定度来填写，结果会有不同。这是因为对最大允许误差的要求是一致的，而对不确定度的评定有很大的随机性。这是因为评定者对不确定度分量的来源理解不同，对各分量的取舍要求不一致，从而造成合成不确定度不同。即使是合成不确定度相同，当评定者对置信概率的要求不一致时，也会造成扩展不确定度的不同。

四、测量同一量时出现两个不同区间的不确定度

选用一只经检定合格的量限为150V、0.5级指针式仪表，其扩展不确定度是U=0.75V（k=3），当用该表测量140V电压（采用恒压源，误差忽略不计）时，上升时测得140V为139.9V，下降时测得140V为139.5V，存在0.4V的变差。此时测量140V出现的不确定度区间为138.75V～140.65V，落差值为2.1V，大于正负误差的极限差值1.5V。如下图所示：

由上图可知，在对同一量的测试过程中无论是上升或下降，按照不确定度的概率区间，测量值出现在139.25V以下时也是可以接受的。按照误差理论，用该表测量140V时是不会出现在139.25V以下的。

五、实际工作中测量误差和测量不确定度的应用范围

1．由于测量误差概念简单，使用方便，在基层单位得到广泛应用。无论是绝对误差，还是相对误差、引用误差，都被计量人员所熟知。一般的计量装置和工作表计，在说明书中看到的都是以测量准确度（accuracy of measurement）来界定其测试性能，很少有采用不确定度（uncertainty）或扩展不确定度（expanded uncertainty）来界定的。

2．测量不确定度由于其给定的量是用来衡量测量值的所处区间，而不是用来判断被检表或测量值是否合格，所以在日常工作中较少使用。

六、重复性实验对不确定度的影响

1．计量标准的重复性是指在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，计量标准提供相近示值的能力。重复性测量通常都是作为A类不确定度来源，因此在进行不确定度评定时，应考虑测量中被检定对象对测量结果的影响。

2．《计量标准考核规范实施指南》（JJF1033-2008）中规定“测量对象应为常规的被检定计量器具，而不是本身重复性和稳定性都是最佳的被检定计量器具，这样评定的不确定度可以用于大多数的检定结果”。

3．根据考核指南的规定，计量人员进行电能表标准装置的评定过程中，由于测量对象的重复性能不好，造成A类不确定度偏离，从而引入新的不确定度，增加B类不确定度来源。

七、结论

根据以上分析，测量误差由于真值的不确定，所得误差包含不确定因素。测量不确定度虽然是误差理论的发展，但对其如何正确理解和使用还需要一个过程。在供电公司的计量检定中，我们需要知道的是被测量不能超过某一区间而不是处于某一区间，所以，测量误差这一概念可能更适合我们的日常工作。

参考文献

[1]计量标准考核规范实施指南（JJF1033-2008）[S]．

[2]江苏省电力公司计量办公室．电力计量标准和计量检定人员考核指南．2002-03-26．

[3]测量误差及数据处理技术规范（JJG1027-91）[S]．

[4]测量不确定度评定与分析（JJF1059-1999）[S]．

基于GPS技术测量误差的研究 第4篇

更新换代的小型化、低消耗GPS接收机已在工程控制测量中得到广泛应用。为了提高GPS技术在工程测量中的精度, GPS接收机的定位定向的短基线测量将是一种有效的途径。GPS技术测量在边长10 km以内测量的关键在于精确分析求解误差源, 多路径误差是最主要误差源之一。本文结合多年在输变电工程测量中GPS技术应用的实践, 对多路径误差进行定量分析研究。

1 误差来源分析

在朔州500 k V输变电工程、忻州轩岗电厂500 k V送出工程勘测实施的工作中, 综合考虑地形地貌特征的局限和工程进度、测量效率等因素的影响, 满足理想的GPS地理环境的测量要求存在很多困难。地面上测量站点的所属范围覆盖着电波反射的物体, 造成GPS接收机天线收到的信号有经反射物体传播的信号, 使相位观测值中存在误差。另外, 直接来自卫星的信号大于反射信号的振幅, 累加的最终效果是使GPS接收机的信号存在少量的附加延误———多路径误差。多路径误差具有双重性, 即固定性和周期性, 固定性多路径误差消除不了, 周期性多路径误差通过增加观测时间可以消除, 其观测正常进行而不被觉察, 对定位结果会有一定的干扰。

2 实测比较

2.1 测绘布置

第一步:GPS方位布设如图1所示。起算点设在A点, O点定为GPS测点。短基线长度设定0.9 km, 两端点之间的高差为0.06 km, 满足理想的GPS地理环境的测量要求。第二步:准备好测量前的关键工作, 即对GPS接收机各项性能进行检验, 其检验结果满足规范要求。第三步:按照D级GPS相对定位测量的技术规定进行野外作业观测。第四步:采用GPS相对定位方法联测测站O的坐标。第五步:在O点、A1点、A2点上架设GPS接收机, 同步进行观测三个时段。每个时段为59分59秒时间长度, 天线方向设在北面, 三个时段的检查观测结果均为合格。采用短基线向量计算法与和平差计算法求解O点坐标, mΔ计算结果有12个小于±2 mm, 有10个处于±2 mm~±3 mm范围内, 平均值为±214 mm;mΔx在±2 mm以外有6个, 在2 mm~3 mm之间有12个, 平均值为2.39 mm, mΔx值小于±2 mm的有9个, 处于±2 mm~±3 mm范围内的有13个, 加权平均增加值±2.193 mm。mΔx, mΔy, mΔz的平均值为±2.243 mm。

2.2 公式计算比较

依据式 (1) 计算GPS大地方位角:

其中, AG为O-A的GPS大地方位角;B, L为O点的大地经纬度;ΔX, ΔY, ΔZ分别为O-A的三维坐标差。

依据式 (2) 计算拉普拉斯方位角:

其中, λ, φ均为O点天文的经纬度。

采用测量数据计算的方位角平均误差值为±2.28″。

3 误差影响

通过式 (1) 与式 (2) 的比较, 方位角差值是由各种误差共同影响而产生的, 现分析如下。

3.1 大地坐标误差的影响

将 (ΔB84, ΔL84) (ΔB80, ΔL80) 视为基线端点大地坐标的误差, 依据:

其中, ΔL84sin B84为由于O点84系中大地经度存在误差ΔL84对A84产生的影响, 经过-ΔL84sin B84得到修正, 相当于子午线收敛角的改正。其中, ΔL80sin B84是O点在80系中大地经度存在误差L80而产生的影响。由于L80≤0.14″, 故ΔL80sin B84≈0.1″;其中, (L84-L80) cos B84是O点在84系中大地纬度的误差与在两种坐标系中大地经度之差的联合影响, 此项值为数秒量值, 可忽略不计。Δε是两种坐标系旋转的影响, 一般不大于0.1″, 视为很小的影响, 可不考虑。这样就可以将0.1″确定为大地坐标误差影响值。

3.2 基线方位角观测误差的影响

本次实际作业方位边长均大于0.6 km, 高差在0.03 km~0.06 km之间, , A点的平面位置误差由误差圆表示, 任意方向的误差均为±2.24 mm, 近似基线分量mΔx=mΔy=mΔz=±2.24 mm, 经过分析计算GPS O-A的大地方位角, 确定最大影响误差为±0.77″。

3.3 天线中心相位偏差的影响

GPS接收机天线对不同方向的电波有等效中心或相位中心不同, 由此而产生测量误差。在吕梁500 k V输变电工程作业中, 采用双频高精密GPS接收机, 观测天线方向向北, 测量精度为 (±5 mm+1 ppm×D) 。天线中心相位偏差最大值为1.45 mm, 偏差的平均数值为0.53 mm。综合野外作业卫星的实际情况与短基线场卫星情况的不同, 天线中心相位偏差平均数值取到±1.01 mm, 经过分析计算, 影响值为±0.33″。

3.4 光学对点器对中误差的影响

在实际勘测实施工作中, 采用光学对点器对中, 其误差值取定±1 mm, 其影响为。其原因是GPS测量与天文测量不在同时进行, 仪器对中是方位角差值产生的因素。

3.5 拉普拉斯方位角误差的影响

根据多年实测数据统计, 考虑人仪差测定和大气折光的影响, 实际经度约在±1″~±1.5″之间。在本次实测中, 按照测量规范要求的等级标准实测拉普拉斯方位角, 其方位角观测过程的误差为±0.99″, 天文经度观测过程的误差为±0.59″, 误差的精度确定为±0.439″。

3.6 多路径误差的影响

设:方位角差值之中误差为MΔ;大地坐标误差影响为M (BL) ;基线方位角观测误差影响为M基;天线中心相位偏差为M天;光学对点器对中误差影响为M中;拉普拉斯方位角影响误差为Ma;求解:多路径误差影响M多。

所以, 多路径误差在±5.3 mm~4.2 mm之间。

4 结论与建议

1) 通过工程实测得知, 大地坐标误差影响很小, 对短基线方位测量精度有影响的重要因素是基线方位角观测误差、光学对点器对中误差、多路径误差。2) 多路径误差是影响GPS短基线测量精度的主要因素。在实测GPS短基线方位角时, 各测量站点范围的地形地貌特征及环境条件是重点考虑内容, 满足规范对GPS测量网点地理环境条件要求, 减少多路径误差的影响, 更有利于提高GPS技术测量的精度。

摘要：结合多年在输变电工程测量中GPS技术应用的实践, 对多路径误差来源进行了定量分析, 并对实测结果进行了比较, 得出了多路径误差是影响GPS短基线测量精度的主要因素的结论。

关键词：GPS,误差,测量,输变电工程

参考文献

浅谈矿山测量误差 第5篇

摘 要：矿山测量是矿山工程中的基础专业技术之一，受施工条件的限制、测设环境的影响，测量过程中存在很多影响其精度的因素。本文主要从矿山测量常见的、经常遇到的情况入手，从理论上简单介绍了了提高测设精度的方法和避免出现工程失误而需要采取的措施。

关键词：矿山测量、成果计算、数据处理。

矿山测量工作是一项重要而严谨的工作，它肩负着矿井的开拓、准备、回采巷道的测设，标定任务。它与设计、施工紧密相联，起着承上启下的作用。

由于井巷施工特殊条件的限制，只能布设支导线，缺少必要的检核条件，误差积累较大，当出现粗差时又不能进行返工。其测量精度的高低只有巷道贯通后方可知晓，若没达到设计要求，就会造成废巷，不仅浪费人力、物力，而且还可能会造成矿井重大的人身安全事故，同时给生产接续、企业经济效益带来不可弥补的重大损失。因此，测量人员都要养成认真细致的良好习惯，减少由于测量疏忽而造成的错误，提高成果的准确性，提高自我的专业技术水平。

1、矿井下，测量支导线随巷道延伸而延长，支导线末端点位中误差为：

m2n+1= m2角+m2距222=Di+n+L2

2m2其中：

Di：导线边长； mβ：测角中误差； n：测站数； λ：加常数； μ：乘常数； L：导线总长度； ρ：206265 由上式可以看出，井下支导线沿设导线点进行测量时，最末端的点位中误差大小和测站数、仪器本身测量精度、测量误差以及支导线的总长度有关。测量精度一定、随巷道延伸的导线长度一定的条件下，除在必要的巷道拐点、变坡点、无法通视地方敷设导线点外，则尽可能地增加导线边长、减少测站数，才能提高精度，减小末端误差。

2、井下单一支导线延伸较远时，随着测站的增加，误差逐步累积，会出现较大误差，引起巷道方位偏差。若有条件，应及时通过联络巷等将导线符合到其他已知点位上，形成复闭合导线，平差后引用新的成果。若无法形成复合导线，也可同时测设双支导线，相互间进行检核。

平面控制采用双导线进行闭合测量，也可以达到良好的精度。以井下主控制网导线点为起点，向巷道内沿中心线方向延伸。导线每延伸1-2个控制点，两导线交会成一个节点，节点坐标采用平差值，作为继续向前延伸的依据。

3、大型贯通时，导线的长度较长，测站较多，除了必要的等级控制（测回数、边长等）外，内业计算时，应特别注意倾斜改正；导线边长归化到参考椭球和高斯投影面。（1）倾斜改正（斜距化为平距）；

（2）导线边长归化到投影水准面的改正改正数为：

ΔLm=-(Hm/R)×L；

L为平距；Hm为导线边两端点高程平均值，单位km;R为地球平均曲率半径R=6371km;（3）导线边长投影到高斯平面的改正改正数为：

ΔLg=(Ym2∕2R2)〃L；

（Ym为导线两端的平均Y坐标值，单位㎞；R为地球平均曲率半径R=6371km。）由于地面控制网的边长通常都已归化到了投影水准面和高斯平面上，投影后的边长已经变形，变形值大小即ΔLm＋ΔLg：（1)当地面高程H很小,即ΔLm≈0时 ,这时边长化算的影响主要取决于Y值得大小,而且改正数为正；（2)当地面高程H很大,而Y坐标很小,这时ΔLg≈0,边长化算主要受高程影响,改正数为负；（3)当|ΔLm|≈ΔLg时,两者的影响互相抵消,这时可以不用作边长化算；（4)当H和Y都较小, ΔLm≈0, ΔLg≈0,这时也可以不用作边长改正。

通过以上讨论可知:只有在（1)、（2)两种情况下才要做边长化算,而（3)、（4)两种情况则不用边长改正。那么,什么时候化算或无需化算,就要根据工程的精度要求和测边所在地的H和Y来计算。

4、应定期进行控制系统，即控制网的复测更新。有条件的话，还应使用陀螺仪经纬仪进行定向，以检核控制网或延伸过长的支导线。利用陀螺经纬仪定向时，对其进行误差分析及平差，能有效地控制误差。先进的现代测绘仪器对传统的测绘方法产生了深刻的影响，大大提高了精度的同时，更加方便快捷。

总之，矿山测量工作是矿井生产中一项重要的基础工作，也是是一项集体细致的工作，保证测量真实性外，还需要对成果进行进一步处理，才能得到满足规程要求精度的成果，才能切实保证在一些重要的测量工程（如大型贯通、测设长距离支导线等）的准确无误。因此，小组内部必须搞好团结紧密配合，各司其责，做到分工不分家，在业务技术上不断学习提高，深入研究，加大先进设备仪器的投入，只有这样，才能保证测量工作的正确进行。

参考文献

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海洋测量误差处理技术探讨 第6篇

关键词：海洋测量误差；处理技术

一、从粗差定位到系统误差补偿

（一）粗差定位

人们在测量学领域，习惯以误差产生原因、特性以及大小作为依据，将其分为偶然误差、系统误差以及粗差三个部分。观测值中只存在偶然误差是经典测量平差法的前提条件，在现代测量平差中则对平差要求涉及到系统误差和粗差，从而对平差结构的可靠性进行保证[1]。在进行海洋测量的过程中，各种因素都会对其产生影响，因此与陆地测量相比，出现粗差的概率大大提升，并且由于难以重复观测海洋测量以及几何图形检核条件的缺乏，所以在海洋测量资料质量控制和检查中如何处理粗差这一问题十分重要。远小于或远大于正常值的异常数据就是粗差。

目前需要做的定位海洋测量中的异常数据，但粗差并不是完全造成异常数据的因素，所以对于异常值的真伪需要以当时的仪器状态以及海况条件为依据进行分析。在检查资料的过程中，需要做到将异常值自动查找出来，并对其位置进行准确定位。目前使用的主要有两类方法，一种是在建立在统計推值和函数基础上的比较判别法，一种是建立在经典统计理论上的误差统计检验法。但这些传统方法在实际应用中具有不稳定性。对此，需要在海洋测量数据处理领域中引入抗差估计理论，从而将海洋测量异常数据统计检验的抗差能力进行提升。

（二）系统误差补偿

在海洋测量的整个过程中，各种误差源都不可避免的会对其产生影响和干扰，这些一般表现为随机性或系统性[2]。出现系统性偏差的重要原因就是各项改正不足或过量、海况条件差异以及仪器校准误差。通常情況下，都以测区系统差来称呼检查线方向或主测线方向均呈系统变化的误差，用测线系统差来概括只在单一测线呈现系统性变化的误差。

以系统误差的变化特征为依据，可以将测线系统差和补偿测区系统误差的计算公式算出。但在公式的基础上，如果系统不具有明显的误差，也就是以处理系统误差的方法处理偶然误差，这种方法无法将矛盾消除，还会导致原始数据发生畸变，从而使得更大的误差出现。对此，需要以方差分析方法为依据，将海洋测量系统误差显著性检验标准建立起来。其原因就在于参量测量在海面上，因此可以将其作为抽样试验看待，将测线方向和测线位置当作试验条件差异看待。对此，测量中的系统误差和方差分析中的条件误差相对应，偶然误差就会变为试验误差。

二、从测线滤波到测线网平差

（一）测线滤波

在进行海洋测量的过程中，一般都需要测量船的航行路线保持直线匀速，但由于海浪、风等的影响，所以实际上测量船的航线并不是直线匀速的，测量船时刻都在以定位结果为依据对船的走向进行修正，在这一过程中，船的航线为波动变化的情况[3]。并且过去在进行海洋重力测量工作时，定位技术还不够发达，且具有较低的精准度，为了对各种干扰进行规避，就需要滤波处理定位数据，从而奖最佳的估计提供给测量船。一般情况下都是用样条函数、三角多项式、正交多项式以及一半多项式拟合航迹线，在对各种函数的长处和短处进行分析后将其适用条件指出，这些在实际应用中都对我国的磁力测量和海洋重力测量的成果进行了提升。

（二）测线网平差

在广泛应用GPS定位系统之前，海洋测量的误差大多都集中在定位因素上，尤其是在测量海洋磁力和重力的过程中。在测量重力的过程中，定位误差除了海洋重力测量的精确度处理受到E？tv？s 效应的间接影响外，还由测点位置对误差进行确定，进而造成测线交叉点与海洋重力测量的不相符，由于没有准确的定位，因此需要对不同的两个位置的自由空间重力异常值进行比较。这种交叉点与值的大小不符合情况一般由测点位置误差引起，这一点是由测量区域的重力变化梯度决定。

通过研发的新模型可以对交叉点坐标改正数使用航迹线拟合系统进行替代，对统计相关模型进行转变，转变为函数相关模型，从而将测线网平差的整体性体现出来，还能对运算过程进行简化[4]。

结语：本文就海洋测量误差处理技术进行了探讨，通过对误差出现原因的分析和误差处理方法中的不足进行分析和研究，我国一直在对海洋测量方法进行不断地创新和完善，通过对测量方法的完善，进一步推动我国海洋测量工作的发展。

参考文献

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轴类零件圆度误差的视觉测量研究 第7篇

轴类零件是在机器设备中起传递动力作用最重要零件, 作为整个轴系部件的基准, 轴上零件绕着轴做回转运动, 机器设备的使用性能直接受到轴类零件的形状精度的影响。对于做回转运动的轴类零件来说, 其形状误差主要有圆度误差、圆柱度误差和直线度误差。如果误差过大, 将会导致轴与其配合的零件间的配合精度下降, 间隙不均匀加快轴的局部磨损, 从而使轴类零件的工作寿命降低和运动精度下降。为了使轴类零件在装配过程中满足互换性要求, 提高机器设备的整体质量, 必须在加工轴类零件的技术要求中给定形状公差以限定零件加工中产生的形状误差。目前, 以接触式测量为主的轴类零件形状误差的检测方法, 在零件表面上会产生挤压、损伤、工件变形, 影响测量精度, 无法实现在线检测。由于现代化先进的加工技术的发展, 快速、准确地测量轴类零件的形状误差具有十分重要的意义。

机器视觉是计算机科学的一个重要分支, 综合了光学技术、电子技术、机械工程、模式识别技术、数字图像处理等技术, 使其在各个领域都有广泛的应用。机器视觉测量技术也具有非接触、精度高、柔性强、抗干扰能力强等突出的优点, 展现了在实际生产中广阔的应用前景。因此, 开展对视觉测量技术的应用研究意义重大。

本项目针对轴类零件的形状误差为研究对象, 建立基于机器视觉技术的非接触式测量系统, 实现对轴类零件圆度误差的非接触式测量。

1 圆度误差的评定方法

所谓的圆度误差的评定方法是指按照圆度误差的定义对圆度误差测量过程中得到的数据进行处理的方法。常用的圆度误差有最小外接圆法、最大内接圆法、最小二乘法和最小区域法等4中评定方法。理想圆圆心位置与选择的评定方法不同而不同。

(1) 最小外接圆法指评定圆度误差时, 选择与实际被测轮廓相接触, 并且直径又是最小的外接圆作理想评定圆, 此时, 实际被测轮廓到该理想圆的圆心的最大径向距离、最小径向距离代数差即为圆度误差值。

(2) 最大内切圆法指评定圆度误差时, 选择与实际被测轮廓相接触, 并且直径又是最大的内切圆作理想评定圆, 此时, 实际被测轮廓到该理想圆的圆心的最大径向距离、最小径向距离代数差即为圆度误差值。

(3) 最小二乘法是指评定圆度误差时, 选择最小二乘圆作为理想评定圆, 此时, 实际被测实际轮廓到理想圆的最大径向距离、最小径向距离代数差即为圆度误差值。

(4) 最小区域法是指评定圆度误差时, 选择两同心圆包容被测实际轮廓, 而且要使两同心圆之间的半径差为最小, 此时, 两同心圆半径差即为圆度误差值。

其中, 最小区域法是严格按定义给出的评定方法, 为使评定的结果更准确、更客观应尽可能采用最小区域法。虽然, 最小二乘法不符合圆度误差定义, 但用计算机进行测量数据处理时, 易于实现, 且误差较小。最小外接圆法、最大内切圆法算法简单, 但结果不够精确。

2 机器视觉测量系统的构成

基于机器视觉的轴类零件圆度误差测量系统的构成主要有支撑机构、图像采集系统及数字图像处理系统。支撑机构由顶尖分度头及设备支架;数字图像采集系统由照明光源、图像传感器、光学镜头、图像采集卡等组成;数字图像处理系统由计算机、图像存储设备、图像处理软件等组成。

3 基于机器视觉的回转体零件圆度误差测量的实现

常用的圆度误差有四种评定方法, 本文采用上述的测量系统来测量圆度误差, 具体步骤如下:

(1) 将被测轴类零件用机床的两顶尖支撑, 光源与工业相机安装在零件两侧实现背光测量, 工业相机放在轴类零件的正前方, 利用分度头控制被测轴类零件转动角度的大小, 零件每转过一个等分角, 便通过工业相机采集一次轴类零件的图像, 将轴旋转一周, 采集所有被测零件表面的图像信息。

(2) 利用计算机图像处理算法对所采集图像进行图像增强、滤波、去噪等预处理算法处理后, 采用边缘检测技术及亚像素边缘定位技术精确提取轴类零件的边缘图像特征信息, 编写图像处理算法对边缘信息进行处理, 获得零件图像的边缘信息数据。

(3) 在设定好图像分辨率和物距的基础上, 以多组不同尺寸的标准量块作为标定物将其放置在工作台面上, 在工作平台内不同方位进行多次图像采集。采用多次实验计算平均值的标定方法, 即对标定物进行多次图像采集, 并对计算的标定系数取其平均值作为标定的物面分辨率。

(4) 将步骤 (2) 中算法计算的图像零件边缘信息与步骤 (3) 中确定物面分辨率进行计算得到实际回转体零件的圆度误差。

4 结论

利用机器视觉技术测量轴类零件圆度误差的方法具有简单、方便、计算快、精度高等优点, 具备一定的实用价值, 随着机器视觉技术的发展以及对测量方法的进一步改善, 有望用于实际生产过程中的实时、在线、非接触、快速检测。

摘要：本文以机器视觉技术及数字图像处理为基础, 尝试了一种新轴类零件圆度误差的测量方法, 设计了针对轴类零件圆度误差的非接触式测量系统。

关键词：圆度误差,视觉测量,轴类零件

参考文献

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[2]侯静.研究圆度误差评定方法的意义[J].机械设计与制造, 2006.

[3]唐宇慧, 圆度误差检测的现状与展望[J].机床与液压, 2004.

测量误差研究 第8篇

GPS卫星从2.02万公里的高空向地面发射电磁波,地面的接收机天线可以收到并跟踪GPS卫星完成定位等任务, 在理想状态下,接收机只接收来自卫星的信号;但在实际作业过程中由于受周围环境条件的限制,周围的反射物(地面、树、墙体等)将把信号反射后再被接收机接收,这就形成了两种波:直接波和反射波;二者将会产生干涉,从而影响了观测的真实值,即产生多路径误差[1]。

2多路径效应产生的影响

GPS测量具有高精度的三维定位能力,因此它逐渐成为各种高精度测量(如:地形、地貌或工程结构变形监测等) 的一种有效手段,但在测量过程中由于多路径效应的存在, 会对测量精度产生一定的影响。

(1)多路径效应对点位坐标的影响:在一般环境下误差大小可达5 ~9cm,在高反射环境下可达15cm。对伪距观测的影响:一般在良好环境条件下误差大小约为4 ~5cm。

(2)GPS观测量受到很多因素的影响:信号的大气传播延迟,卫星和接收机相关的误差等;对于GPS这些误差影响源而言,已有了较深入的认识,并掌握了一些在一定条件下行之有效地消除办法,如差分GPS技术等。差分组合的特点是消除公共误差项的相关影响部分,其误差消除效果会随着基线的增长而减弱,但差分技术对多路径效应的影响却无能为力[2]。因此,多路径效应就成为其主要的影响源,降低了GPS测量的精度,严重时还将引起信号的失锁。

(3)多路径误差影响与反射系数有关,而反射系数与介质材料有关,金属材料、非金属材料、水域等都会对电磁波产生反射。多路径误差还和天线与反射源间的距离有关,由于电磁波在大气中传播能量必然会衰减,多路径误差也会随距离的增大而变小,当距离为10米时,反射信号衰减10%;当距离为50米时,则无需考虑多路径误差的影响。

(4)GPS卫星运行的周期是11时58分,静态定位连续观测两天,如果周围环境没有改变,在这两天同一时间(第二天大约提前4分钟)多路径误差表现出很大的相关性[3]。 多路径误差也会随时间变化发生周期性变化,远距离和近距里反射源造成的多路径误差分别表现为高频率变化和低频率变化的特性。

根据上述多路径效应在GPS测量中的特点和影响,可以寻找一种GPS测量技术路线,通过实地采集、处理数据以及分析数据处理结果,寻求减弱多路径效应的措施,减少测量中的误差,以便提高在以后测量中的精度[4]。

3多路径效应减弱措施

由于多路径效应不同于其他GPS测量的误差可以通过差分或改正模型来消除和改正,因此,很多研究人员对多路径误差做了大量的分析与研究,特别是在一些精度要求高的领域方面。多路径效应误差虽然不可避免,但可以人为的相对减弱误差。本文经过前人研究成果,从以下五个方面总结了减弱多路径效应误差的若干措施。

3.1选择适合的站址

GPS测站应避开高大建筑物以及平静的水面,不应该架在山坡、山谷、盆地等地方,这些地区会引起强烈的信号反射。而且其影响的大小与建筑物的大小以及水面面积的大小有关。从已测的两个点的图形可以明显看出,操场中心点位置比较开阔,周围50多米内没有任何障碍物,所以此点的多路径效应比较弱,观测的数据精度高;而高楼附近点位置有高楼、树木等障碍物,明显的遮挡了卫星信号, 导致了较强的多路径效应,所以观测的数据精度比较低, 会出现断断续续的图形[5]。因此,在选择站址的过程中应尽量避免上述环境条件,从而得到精度较高的数据。

3.2增长观测时间

多路径误差的大小和方向随时间而变化,GPS卫星运行是有周期性的,观测较长的时间取平均值可大大消弱其影响。比如,在此次研究中,我们的每次的接收时间都在2个小时以上,经过内业解算,精度要求都满足数据的精度要求,因此,在外业数据的采集过程中,我们应注意延长观测时间来减弱多路径效应的影响。

3.3对观测者的要求

在静态外业观测过程中,观测者的来回走动也会影响到数据采集的精度,所以在对仪器对中整平后、打开主机开始采集后尽量避免每隔几分钟就去看一下采集时间和文件大小等,只要在仪器附近等到观测结束即可;在开始采集记录时要认真细心,避免出现人为的误差。另外,在数据采集完成后,应注意保存数据,最后整理仪器收工。

3.4天线和接收机的设计

在天线制作的过程中,应选择合适的天线材料,在无法避免产生多路径效应的环境时,可以在天线中设置抑制板来减弱多路径效应,而且接收机天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用[6]。多路径误差在一定程度上受接收机设计方案的影响,因此,在接收机设计的时候应充分考虑到多路径效应,如果能给定一组多路径参数,设计出的接收机会减弱多路径效应的影响。

3.5数据的后处理

数据的后处理主要是利用卫星、反射物、天线环境、 GPS接收机所记录的各种信息等一切信息源从原始数据中去除或减弱多路径效应的影响,从而得到精度比较高的数据,再利用这些数据求得基线向量,如选星法、建立多路径效应模型等。

4结语

测量误差研究 第9篇

关键词：对流层大气折射,测量雷达,误差修正

0 引言

测量雷达主要对一些飞行在地球表面内层空间的飞行目标进行跟踪测量, 具有作用距离远、能单台定位和全天候能力强等优点。雷达跟踪测量的目标高度大多在10 km以下, 因此, 雷达跟踪测量的仰角一般不超过20°, 且有相当一部分时间跟踪测量仰角在3°以下[1,2]。众所周知, 这种情况下, 测量雷达测得的斜距和俯仰存在着较大的电波大气折射误差, 且大气折射误差远远大于设备的测量误差。

在目标探测、航天测控等领域大气折射修正应用较为广泛, 文献[3]分析了对流层大气折射率的变化, 采用Hopfield折射率模型, 给出雷达与地面目标之间视在距离的计算方法, 给出X波段和Ku波段在不同分辨率下的最大作用距离。文献[4]介绍了雷达测量仰角和距离数据的大气折射误差, 并对弹道导弹弹道和卫星轨道计算精度的提高提供了依据。文献[5]提出了一种雷达大气折射误差修正快速算法, 这种计算方法计算速度快, 满足实时计算的要求, 但精度较数值迭代法要略差。文献[6]提出了一种对流层大气折射修正方法, 采用快速迭代方法进行折射修正, 既保证了精度, 又提高了速度, 但这种方法对于测量雷达的误差修正精度还不够。

本文考虑到修正的实时性和快速处理要求, 通过获取试验地区长期气象水文信息及大量雷达测量数据后, 给出了一种新的对流层大气折射修正方法。并在雷达测量中运用此方法, 使雷达测量精度得到了明显的提高。

1 对流层大气折射误差修正模型

1. 1 测角误差及修正模型

对流层对电波折射一般只引起仰角误差。低空时, 传播路径的弯曲常可以用等效地球半径来矫正。所谓等效地球半径是用4/3倍地球半径代替, 然后电波传播就可以按直线计算了, 计算结果的误差不大于5%[7], 适合用于对流层内低仰角目标。这种计算是根据大气折射率N随高度按线性下降得到的, 称之为线性模型。线性模型基本上符合于低层大气的结构。当高度超过1 km后, 用线性模型计算N值的误差会迅速增大, 使仰角误差计算不准。实际探测资料表明, 指数模型更符合大气的平均结构, 即N值随负的指数降低。按照地面折射率N s = 313的指数模型如图1所示[7]。

文献[7]给出了一些经验计算公式, 对仰角超过5°以上远超出大气层的目标, 折射误差ΔE T 可近似表示为:

式中, N s 为雷达所在地地面折射率。仰角小于5°时, 上式计算误差较大, 需要加以修正为:

式中,

E < 2°时, 即使用修正了的公式也会有较大误差。对对流层内的目标可表示为:

式中, K为常数, 取10. 675 km; H为目标高度。仰角小于5°时,

虽然如此, 折射率还会随时间 ( 每小时、每日、季节和年份) 和地区变化, 最大和最小可能差几十个N单位[7]。因此即使按平均值计算仍会有相当大的偏差。参考文献[8]介绍了N值随地区、时间和季节的变化情况。对对流层折射计算的精度取决于大气模式的选择。如果取雷达所在地按年平均的地面折射率剩余误差在不同高度可达15% 25% 。如果按当地实时的地面折射率N s , 则目标在低高度时剩余误差约为10%, 至大气层外时可降至1% ; 如果用6 km以下几个重要的高度上实时的折射率来计算, 低高度时误差也可降到2. 5% ~ 5%; 如果利用6 km以下船舶方向上大气剖面的全部实时N值, 则任何高度的精度都可以达到1%[9]。

1. 2 测距误差及修正模型

对流层折射产生的测距误差包括2个分量: ①由于在对流层中传播速度的减慢所引起; ②由于传播途径的弯曲所引起。一般情况, 后一分量的影响很小, 主要是前一分量, 按照指数模型N s = 313的大气所计算出的斜距误差如图2所示[6]。

目标远超出对流层以上时, 对流层折射引起的测距误差ΔR T 在仰角5°以上时可表示为[7]:

ΔR T = 0. 007N s cscE 。

式中, N s 为雷达所在地地面的大气折射率。对对流层内的目标修正为:

在E >5°时, 上式计算的剩余误差不大于5%。对流层折射对多普勒频率的策略产生2种误差:

①目标在对流层内时, 存在时延的变化, 相应的引起多普勒频率的变化。Δf' dT 可表示为[10]:

式中, V为目标速度 ( m/s) ; ψ为目标运动方向和雷达视线的夹角; N s 为目标所在位置的对流层折射率。因为径向速度是斜距的变化率, 它的误差只与目标所在位置的折射率有关, 而与射线的经过途径无关。

②因为传播途径弯曲, 测量出的径向速度V r 与真正的径向速度V d 不一致, 如图3所示。它的仰角折射角Δα T ( 雷达波在目标所在位置的传播方向与视线的夹角) 的函数, 其Δf″ dT 可表示为:

式中, ψ仍为目标运动方向和雷达视线的夹角; Δα T 由下式给出:

式中, r e 为地球半径 ( 雷达坐标原点至地心的距离, km) ; ΔE为仰角折射误差; n s 为地面折射系数; n i 为目标所在地折射系数。已知:

式中, N i 为相应的折射率。这一项误差有时比前一项大得多。将 两项误差 合并得总 的测速误 差Δf dT 为:

对流层折射的起伏对测距和测速影响都较小。折射致径向速度V r 与真实经向速度V d 不一致, 如图3所示。

2 新测量雷达对流层大气折射修正方法

由于测量雷达主要用于测量大气对流层内飞行目标的运动参数, 在进行实时数据处理时, 要求很高的时效性, 传统的对流层折射积分修正方法耗时较长, 且需要获取大气分层气象数据, 这对于测量雷达实时进行大气折射修正造成一定的困难。

通过获取某地区长期气象水文信息及大量雷达测量数据后, 结合大气折射修正公式给出了如下对流层大气折射经验公式, 假设未修正的折射误差的斜距和俯仰角分别为R和E, 而电波折射修正后的观测量分别为R e 和E e , 则电波折射误差修正量分别为:

式中, R 0 为地球平均半径 ( 6 371 km) ; β为修正系数 ( 1/7 110) ; ξ为修正参数,

式中,

式中, h为雷达距离水平高度 ( m) ; 得到ΔR与ΔE, 则修正后的R e 和E e 为:

3 大气折射误差修正精度验证

依据提出的大气折射修正方法, 对连续波测量雷达装备分别跟踪测量中高空 ( 俯仰 > 3°) 及低空 ( 俯仰 <3°) 飞行目标进行大气折射误差修正的精度进行验证, 选取雷达数据长度785组, 以目标飞行器上高精度GPS值作为真值, 将雷达测量数据及进行大气折射修正后的数据分别与真值进行比较, 如表1和表2所示。

将连续波测量雷达低空及中高空测量数据与GPS真值数据进行时间统一与数据拟合后, 将数据做一次差作为测量雷达的系统误差, 用4阶差分法计算雷达的随机误差。从表1和表2可以看出, 采用本文提出的大气折射修正模型进行修正后的测量数据在距离误差和俯仰角度误差有明显的改善, 修正后的距离系统误差为修正前的26. 2% 与68. 5%, 俯仰系统误差为修正前的42. 7%与12. 9%。

实验表明, 测量雷达进行中高空目标跟踪时随着目标斜距的增加, 其测距及俯仰测角误差逐渐增大, 这是由于斜距增加后, 大气折射弯曲斜率变化导致的。低空目标跟踪测量时, 大气折射引起的俯仰测角误差较中高空时要小, 这是的俯仰误差主要是由于低空多路径效应及镜像引起的, 尤其在俯仰0°及负角度情况下尤为明显。由表1及表2可知, 方位角通常与大气折射关系不大, 在大气折射修正中通常不需要进行方位修正。

4 结束语

对对流层大气折射误差修正模型进行了分析, 在此基础上提出了一种新的对流层大气折射修正方法, 并在测量雷达测量数据中运用此修正方法, 使目标测量精度得到了明显的提高, 试验及数据分析证明, 此大气折射修正模型可行。

参考文献

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测量误差研究 第10篇

1972年, 美国着手研制全球定位系统GPS, 并应用于军事方面的导航与定位。如今, GPS除了为军方提供卫星导航与卫星定位服务以外, 对民用的开放程度也逐渐加深, GPS由卫星、地面监控、接收机等部分组成。空间卫星部分由24颗卫星, L1、L2卫星轨道以及卫星运行的时间和相关数据构成。地面监控部分地面站是核心。从功能的角度出发, 分为主控站、监测站和注入站。接收机部分主要是有用户来掌握的, 在卫星发出信号后能够对其解码, 获得相应的数据信息。

二、导致GPS测量误差的原因

GPS测量误差按生产源来划分, 有本身存在的误差、信号传输过程中产生的误差和接收机三种误差。首先, 星历误差、相对论效应以及钟误差能够导致GPS本身产生误差;其次, GPS信号传输中会受到各种因素与条件的制约和干扰;再则, 在GPS的接收机接收时会受到钟误差、天线相位重心偏移等情况的影响。此外, 在精度较高的GPS测量中, 还要考虑到相对论效应、潮汐、负荷潮等因素。

三、轨道误差与SA、AS影响

轨道误差也称星历误差, 多数情况与等同于伪距误差。卫星进入轨道后, 向用户接收机发送数据, 实现对卫星位置的监测。同时, 在卫星轨道受到引力场、大气阻力、潮汐、太阳光压等综合作用时, 就不能够进行极为精确的定位, 造成卫星轨道误差。通过区域性GPS能够对卫星轨道进行跟踪, 跟踪站利用地心坐标来对卫星轨道进行跟踪的误差会在10倍以上。所以要提供高于2 m精度的卫星轨道, 跟总站获取的地心坐标精度要在0.1 m以内。通过一定的方法能够获取0.05 m以内的相对坐标值, 这个误差在误差标准范围内, 可以对卫星进行定轨。

四、太阳光压对GPS卫星产生摄动加速度

太阳光压能使卫星摄动, 这使得卫星定轨时产生误差源。太阳光压导致卫星存在摄动加速度, 与地球轨道偏心距有关。当在太阳辐压变化, 卫星的摄动加速度也会变化, 这与太阳光强度与卫星受照面积有直接关系。由于多种因素导致卫星与太阳之间的角度和位置发生变化, 产生变化的摄动加速度。现阶段, 已经实现的太阳光压改正模型包括ROCK4光压摄动模型、多项式光压模型、标准光压模型等。这些模型精度相当, 均能满足1 m定轨要求。

五、电离层信号传播存在延迟

电离层能够会对卫星信号传播造成延迟, 由于电子密度的差异, 导致卫星轨道与接收机在方向上的信号传输受到影响。垂直方向上存在3 m以上的延迟, 白天时候的延迟值能够达到15 m, 低仰角之间的角度能造成为9 m与45 m的误差, 反常情况的延迟更会陡增。在两极与赤道地区, 电离层的扰动是最为严重的。因而在采用双频GPS接收机接收信号时, 最好选择在电离层较弱的地区, 中纬度比较适宜, 这时进行电离层修改所获得的结果更为准确。

六、对流层的信号传播存在延迟

电磁波在对流层中的传播速度相较于在真空中的传播速度要慢, 尤其对流层大气分为干大气分量与湿大气分量。其低仰角能够达到20 m, 干大气分量为80%~90%, 可以采用模型对其校正。而湿大气分量虽然数值较小, 但由于高度和维度的不同会急剧变化, 随时间发生的变化也非常明显。对流程影响电磁信号主要是天顶方向, 因而能够在短基线测量中进行修正与消除。在长基线测量则采用双频接收机, 能够有效降低其影响。

七、多路径导致信号传播存在误差

多路径误差是指GPS信号在射到物体后, 再反射回GPS接收天线的过程中, GPS信号对接收天线的直接拨干扰。多路径误差与反射波有关, 接收机附近的平面能让信号形成镜反射。因此在选择GPS点位过程中, 要考虑地形地貌的影响, 提高天线高度以抑制多路径误差。

八、周跳的概念及其对点位坐标造成的影响

周跳也被称为失周, 精确GPS相对定位所得到的观测值是相位观测值。相位观测值通常所指的是由接收机震荡所产生的相位变化和卫星载波相位之间存在一定的差值。在对GPS测试的数据当中, 大于10周的周跳比较容易发现, 而在1~5周的周跳则不易发现, 半轴条以及1/4周跳同样不易发现。观测所得到的观测周跳数值是观测的偶然误差, 能够对坐标精度形成很大的影响。根据拉查佩利的统计, 能够得出一个周跳对经纬度以及高程的影响, 即:ΔL=0.03~0.06 m;ΔB=0.10~0.18 m;Δh=0.14~0.16 m。可见, 误差是不可避免的。

九、GPS测量仪器的质量检定

GPS接收机也是导致误差发生的主要因素, 必须保证GPS测量仪器的精密度, 确保存在的各种误差降至最低。因而必须要对GPS测量仪器的各项性能有所了解, 同时掌握仪器的工作特性与工作原理, 这样才能保证观测的精确性。作为GPS测量的主要工具之一, 我们在进行测量之前为确保测量的准确性, 必须对测量的仪器进行系统规范的检验。

十、单频与双频接收机的优缺点对比

单、双频接收机各有优势, 两者比较, 能够更好的选择适合的接收机作为GPS侧廊仪器。

单频接收机的优点有:大电子元件, 低微处理器, 不需要互相关器、Z码发生器, 价格低;稳定性好, 无故障时间长, 能够达到约8 000 h;不受到DPDP保密的制约;边长10 km以内, 观测结果的精度更高;低能高效、小巧轻便, 为户外作业提供便利。缺点有:点间距离在30 km以上, 定位精度会受到影响。这种影响主要是来自电离层延迟和对流程延迟, 观测时间长。

双频接收机的优点有:能够在1 000 km内有效解决电离层延迟对点位坐标的影响;在动态测量与快速静态中观测时间更短。缺点有:电子元件较小, 微处理器要求高, 需要互相关器以及Z码发生器, 价格昂贵;稳定性差, 无故障时间短;受到DPDP保密的约束;边长在10 km以内时, 观测结果的精度没有单频接收机高;耗能大、不易携带。

十一、结语

控制网基线测量在GPS测量中有着很重要的地位, 要对误差产生的原因以及所形成的表象进行辨别, 分析其中的原因, 降低误差对检测结果的影响。在观测作业中, 要对仪器进行检验, 将发生误差的概率降至最低, 从而保证测量的精确性。

参考文献

[1]蒋勇军.GPS在地形测量中的应用[J].工程设计与研究, 2007.

[2]蒋虎.太阳光压模型中面质比误差对IGSO卫星轨道预报的影响分析[J].天文研究与技术, 2013.

如何减小万用表的测量误差 第11篇

灵敏度:是万用表的重要参数之一，它表示万用表测量电压时指针偏转至满刻度时取至被测电路的电流值，单位是Ω/V。例如某万用表在100V量程时指针满刻度电流为50uA，则该表内阻为100V/50uA=2МΩ，则灵敏度=电表内阻/电压量程=2МΩ/100V=20KΩ/V。其物理意义是：该表直流电压档每测量1V电压对应的内阻为20KΩ。可见，万用表的灵敏度越高，分流电流越小，对被测电路的影响越小，所以，选择灵敏度较高的万用表就可减少固定误差。在万用表的刻度盘上，通常都有灵敏度的标称值，例如500型万用表的交流电压档和直流2.5KV档的灵敏度为4000Ω/V，其余直流档为20000Ω/V。这样就可以算出各电压档相应的总电阻值，以了解该万用表对被测量电路的影响。

电压降:是万用表的另一个重要参数，它表示万用表直流电流档在满量程测量时所产生的电压降。对于某一型号的万用表来说，其值基本为一定值，不同型号的万用表也相差无几，500型、MF30型万用表的电压降约为0.75V，MF9型万用表的电压降约为0.6V。

为减少测量误差，除了选择高灵敏度的万用表外，还要选择正确的量程。例如选用高压档测量比用低压档测量对电路的影响小，选用大电流档比用小电流档的影响也要小些。

用万用表测量直流电压时，应选用内阻远大于被测电路阻值的档级测量，否则将产生较大的误差。因为万用表直流电压档的总内阻是随电压量程而改变的，低压档的阻值较小，高压档的较大。在测量直流电压时，万用表与被测电路是并联的，那么电表的内阻与被测电路并联，使等效的并联电阻(即等效负载)变小，形成分流，使测得的电压值比实际值要低。

测量直流电流时，万用表必须串入被测电路，那么电表的电压降使回路的等效电压降低，因而使回路电流减小，即被测电流减小。万用表电压降的影响与回路电压的高低有关，在回路电压比较低的情况下影响较大。从串联电阻的观点来看，对回路电阻高的电路影响较小。也就是说，在高电压、高电阻的电路内测量电流所造成的误差较小，可忽略不计，但在测量低电压、低电阻的电路时，必须考虑此项误差。所以，为减小测量误差，应尽量采用大电流量程档即低内阻档来测量直流电流。必要时还可通过测量回路电阻两端的电压来间接的测量电流。

用万用表测量电阻时，电表并联在被测电阻的两端，相当于在被测电阻的两端并联了一个具有一定内阻的电源，所以被测电阻中有电流流过，且其两端加有电压。当测量热敏电阻时，应选择合适的档位，以免过大的电流使电阻发热而产生误差，还应避免长时间测量；测量压敏电阻和稳压二极管时，应根据其电压范围来选择合适的量程，才能正确的测出其特性。当用万用表的RX1档测量电阻时，流过被测原件的电流大；用RX10K档测量时，加在被侧元件两端的电压最高。所以用万用表电阻档测晶体管时，尽量选用中间档位，注意功耗不能超过被测管的极限值，以免损坏晶体管。另外，测量电阻时，不能用手捏住电阻的两端，这相当于将人体电阻并联在被测电阻的两端，使总电阻减小，被测值小于真实值，加大了测量误差。

测量误差研究 第12篇

关键词：运动学,质量特性,测量误差

1 运动学分析

机械工装的主要结构为U形支架、自由旋转环以及测量底台。

结构中, U形支架由主支架、辅助支架组成, 辅助支架可以绕横轴旋转, 辅助支架配合自由旋转环相运作, 能够实现位姿的变换, 适应不同的测量位姿需求;自由旋转环由外环与内环组成, 内外环之间有轴承, 内环可以相对于外环进行旋转;该结构共有两个轴, 一个是横向轴L1, 一个是纵向轴L2, 利用D-H表示法建立该结构的连杆坐标系:

需要注意的是, 机械工装的装置、加工以及操控过程都存在误差, 这会直接影响工装的DH参数误差, 进而会影响物体的实际位姿。

2 几何参数对测量结果的影响

几何参数会直接影响测量结果的准确性, 为了提高测量的准确度, 有必要进行几何参数标定。在已知几何参数误差值的情况下, 根据运动学的相关原理, 可以将坐标系上的某点在任意位姿下的位置偏差表示为:

标定过程与这一运动学方程求解过程相当。式中, Ji为一种矩阵的变形形式, 可视为参数误差;ΔPi为标定点位置偏差其实际值可通过激光跟踪仪测量得到。

在已知运动学参数par的理论值的前提下, 名义值和两个轴的转角θ相关, 标定点的名义坐标值表示为:

掌握某点在n种位姿状态下的位置偏差, 并对该相关函数公式进行解答, 就可以得出基于运动学的参数测量误差Δpar, 同时还会在这一测量基础上得出实际的参数p r=par+Δpar, 最终实现标定目的。

3 最优标定姿态

(一) 寻优步骤

为了得到最优标定, 应该及时找出对应高敏感度的运动学参数标定点。PSO是一种智能的优化算方法, 主要特点为控制参数少、概念简单、易于实现。具体的寻优步骤如下:

步骤一, 进行粒子群初始化。步骤二, 运用相应函数公式对粒子的适应度值进行计算。步骤三, 记录当前的所有粒子个体最优位置及相应的适应度值和整个粒子群搜索得到的最优位置及适应度值。步骤四, 在迭代过程中, 对粒子进行速度更新和个体更新。步骤五, 计算更新后粒子的适应度值。步骤六, 更新粒子个体与群体的最优位置和适应度值。步骤七, 判断粒子与预设的最大迭代次数的差距, 如果已达到相应水平则终止迭代。

(二) 标定试验

分三组进行标定试验, 第一组尽量选取分布在运动空间的点, 尽量进行准确测量, 纵向旋转以90°为基准进行递增, 横向旋转以10°为基准进行递增, 最终为36个姿态;第二组随机选取运动空间中两个位姿进行标定;第三组, 采用高科技手段对两个最优位姿状态进行标定。随机选取坐标系中一点, 以10个姿态为依据, 分别对未补偿、补偿后的误差进行计算:

图4表明:标定后的设备测量精度明显提高;合理对标定点数量予以增加有助提高标定精度;进行两点最优位姿标定后, 设备的定位精度接近于36个位姿标定精度。

4 磁场误差分析

基于所测量物体的信息载体往往是磁性材料, 在设计、生产以及安装的过程中, 磁场作用下必然会使测量结果出现一定程度的误差, 同时, 磁强计进行测量环境往往较为恶劣, 一方面是存在导电线圈所产生的周四周磁场等干扰, 另一方面, 这些磁场干扰将会与地球磁场相互叠加, 最终也会存在整体磁场测量的偏差。因此, 进行磁场效力测量的时候, 磁强计所测磁场的测量结果是各种磁场干扰与地球磁场的结合, 这会导致磁场测量的误差, 也会进一步影响物体测量的精度, 有必要对其进行补偿。

磁强计是一种传感器, 主要用于测量物体周围环境的磁场状况, 测量数据包括磁场方向与磁场大小, 即物体所处坐标系中各个方向的分量信息。当前, 较为成熟的磁强计方式已经较为齐全, 包括磁力法磁强计、磁阻磁强计、磁共振磁强计、霍尔磁强计、感应线圈式磁强计以及磁通门磁强计等多种。在当前的技术水平下, 需要对磁场进行测量的范围较广, 磁强计的应用覆盖了工业、军事、生物、医学等很多领域。同时, 磁场测量也不断的适应着新环境下, 不同应用领域中物体特性的测量需求。

5 误差建模

磁标定补偿方法主要有两种方式:一是通过建立磁场误差模型的形式, 采用相应的数学计算攻势对模型参数进行求解, 实现补偿的目标;二是结合其他传感器进行测量, 将测量数据进行融合计算, 达到消除误差的目的。

误差建模的方法可以理论表述为:把物体的磁场输出看作一个空间圆球体, 圆心坐标为所检测物体, 也就是假设误差不存在的情况下, 物体的磁场输出事实上是一个圆球体。误差建模的目的在于对受磁场影响下的测量物体周围硬磁与软磁误差予以消除, 具体操作中需要对球体模型内的相关系数进行计算评估, 并将输出结果反映到球体的外表面上, 最终实现磁标定, 对物体的测量结果进行补偿。在实际的建模求解过程, 对于输出结果的反映并不是简单的敏锐度映射, 输出结果也不会完全表现在球体表面上, 真实的情况是, 其理想的输出结果会与实际输出结果存在坐标夹角, 因此, 泊松模型可以有效解决这一问题, 泊松模型在考虑到敏锐度变化状况的同时, 还会对空间位置上输出结果的映射夹角位置进行综合考量, 可以有效对磁场偏差进行建模分析。

6 误差校正

卡尔曼滤波能够通过获取设备输出的测量值或其他已知量, 来对设备的未知参数值进行估计, 卡尔曼滤波还能够通过引进误差控制方程, 对所估计的误差进行连续的校正。卡尔曼滤波算法的实施往往在设备的相关软件中进行, 具体模式是对软件中观测值与测量值之间相差的数值, 对误差值进行估计, 卡尔曼滤波的过程如下图所示:

7 误差补偿结果

对标准件物体的质量特性进行测量, 分别对补偿位姿误差和忽略位姿误差的情况进行对比分析, 见附表。

结果表明, 通过误差补偿可以提高物体质量特性测量的精度, 转动惯量最大误差项为Iy, 其误差从2.509 kg·m2降低至1.295 kg·m2;质心最大误差项为x, 其误差从5.193 mm降低至0.470 mm;惯性积最大误差为Ixy, 其误差从1.741kg·m2降低至0.390 kg·m2。

8 结语

通过标定后的几何参数对测量结果进行补偿, 其补偿结果显示, 补偿后的准确度大大提高。对物体的质量特性进行精密测量, 这一过程中会涉及很多的问题, 本文是对运动学模型进行系统的考量, 对测量误差进行补偿, 虽然一定程度上提高测量精度, 但是在实际的工作中, 如果想要使测量准确度进一步提高, 还应该对因为机械工装自重、外加负载而造成的连杆与关节变形所形成的柔度误差加以考虑, 这也是今后测量误差补偿方法研究的重点。

参考文献

[1]孙亮波.基于杆组法的机构型综合与运动学分析系统研究[D].武汉科技大学, 2012 (10) .