单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理

袁鹏飞; 黄大庆; 雷仲魁; 徐诚; 张景

doi:10.3788/OPE.20182612.3079

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单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理

信息科学 | 更新时间：2020-07-05

- 单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理
- Signal processing algorithm of a single-track absolute encoder for photoelectrical theodolite
- 光学精密工程 2018年26卷第12期页码：3079-3086
- 作者机构：
  
  1.南京航空航天大学电子信息工程学院, 南京 210016
  2.南京晓庄学院电子工程学院, 南京 211171
  3.南京航空航天大学中小型无人机先进技术工业和信息化部重点实验室, 南京 210016
- 作者简介：
  
  [ "袁鹏飞(1983-), 男, 江苏泰州人, 工程师、实验师, 2005年、2008年于南京航空航天大学分别获得学士学位、硕士学位, 主要从事精密测量、信息系统与信号处理及嵌入式系统等方面的研究工作。E-mail:ypfnuaa0401@126.com" ]
  [ "黄大庆(1959-), 男, 浙江余姚人, 研究员, 博士生导师, 1982年于南京航空航天大学获得学士学位, 主要从事无人机遥控遥测、侦察图像处理、电磁兼容等方面的研究。E-mail:radiouav@sina.com" ]
  [ "雷仲魁(1964-), 男, 湖南长沙人, 研究员, 1984年于北京航空航天大学获得学士学位, 1989年于南京航空航天大学获得硕士学位, 现工作于南京航空航天大学无人机院, 主要从事无人机飞控、无人机目标测量等方面的研究。E-mail:lzk@sumec.com.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61601222);江苏省自然科学基金资助项目(BK20160789)
- DOI：10.3788/OPE.20182612.3079
  中图分类号： O438;TH741
- 收稿日期：2018-04-16，
  
  录用日期：2018-6-14，
  
  纸质出版日期：2018-12-25
- 稿件说明：
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袁鹏飞, 黄大庆, 雷仲魁, 等. 单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理[J]. 光学精密工程, 2018,26(12):3079-3086.

Peng-fei YUAN, Da-qing HUANG, Zhong-kui LEI, et al. Signal processing algorithm of a single-track absolute encoder for photoelectrical theodolite[J]. Optics and precision engineering, 2018, 26(12): 3079-3086.
袁鹏飞, 黄大庆, 雷仲魁, 等. 单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理[J]. 光学精密工程, 2018,26(12):3079-3086. DOI： 10.3788/OPE.20182612.3079.

Peng-fei YUAN, Da-qing HUANG, Zhong-kui LEI, et al. Signal processing algorithm of a single-track absolute encoder for photoelectrical theodolite[J]. Optics and precision engineering, 2018, 26(12): 3079-3086. DOI： 10.3788/OPE.20182612.3079.

摘要

为实现快速、高精度角位移测量，提出了一种单圈绝对式电子经纬仪测角信号处理算法。只需刻画脉冲左右边沿在阈值附近各2个采样点就可以快速估计出脉冲宽度和脉冲中心坐标；对现有文献细分方法进行改进，给出了基于多组刻画脉冲中心求解高分辨力细分角的公式；并对算法时间复杂度和抗噪声性能分别进行了分析与仿真。实验结果表明，本方法在水平方向上测角误差标准差仅为2.5″，平均每秒钟可测角输出25次，具有实现简单、只需较少计算量就可以获得较高测量精度的优点。研究结果可以为单圈绝对式电子经纬仪、全站仪提供一种新的测角信号处理实用方法。

Abstract

To realize a fast and high-precision angular measurement method

this study focused on the signal processing algorithm of a single-track absolute encoder

which can be easily applied to photoelectrical theodolites. Using this algorithm

the grating line center and pulse width could be quickly estimated with only two sampling points of the rising and falling edges

by setting a threshold for the observed grating data. To improve the existing subdivision method

a high-resolution subdivision algorithm for angular measurement was provided by calculating multiple grating line centers. We also analyzed the algorithm's time complexity and anti-noise ability by simulation. Experiments were performed to evaluate the measurement precision

output stability

and running speed. The results showed that the standard deviation of error was within 2.5 seconds

and the rate of angular output was 25 times per second. This algorithm is easy to implement and has merits of both limited computation and high-precision. Thus

a new angular measurement signal-processing algorithm

which can be applied to a single-track absolute encoder for a photoelectrical theodolite or total station instrument in the future

can be developed with the results of this research.

关键词

Keywords

references

陈毛安. 基于虚拟仪器的智能高度测试系统[D]. 南京理工大学硕士学位论文, 2002. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10288-2002052915.htm

CHEN M A. Intelligent Height Testing System Based on Virtual Instrument [D]. Nanjing:Nanjing University Of Science And Technology, 2002. (in Chinese)

杨国光, 沈涵芬. 光学经纬仪[M]. 北京:机械工业出版社, 1990.

YANG G G, SHEN H F. Optic Theodolite[M]. Beijing:Mechanical Industry Press, 1990. (in Chinese)

杜颖财, 王希军, 王树洁, 等. 增量式编码器自动检测系统[J]. 电子测量与仪器学报, 2012, 26(11):993-998.

DU Y C, WANG X J, WANG SH J, et al.. Auto-detection system of incremental encoder[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument, 2012, 26(11):993-998. (in Chinese)

汤天瑾, 曹向群, 林斌. 光电轴角编码器发展现状分析及展望[J]. 光学仪器, 2005, 27(1):91-95.

TANG T J, CAO X Q, LIN B. Developing current situation and the trend of photoelectric-angular encoder[J]. Optical Instrunments, 2005, 27(1):91-95. (in Chinese)

董莉莉, 熊经武, 万秋华. 光电轴角编码器的发展动态[J]. 光学精密工程, 2000, 8(2):198-202.

DONG L L, XIONG J W, WAN Q H. Development of photoelectric shaft encoder[J]. Opt. Precision Eng., 2000, 8(2):198-202. (in Chinese)

赵勇, 苏显渝, 张启灿. 绝对编码光栅的相位细分及其在位移测量中的应用[J]. 光学学报, 2011, 31(8):143-147.

ZHAO Y, SU X Y, ZHANG Q C. Phase subdivision of absolute coding grating and application in displacement measurement[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(8):143-147. (in Chinese)

LEVITON D B, FREY B. Ultra-high resolution, absolute position sensors for cryostatic applications[J]. IR Space Telescopes and Instruments, 2003. DOI:10.1117/12.461799.

LEVITON D B, Garza M S. advances and applications of NASA's new ultrahigh-sensitivity absolute optical pattern recognition encoders[J]. Imaging Technology and Telescopes, 2000. DOI:10.1117/12.405797.

SUGIYAMA Y, MATSUI Y, TOYODA H, et al.. A 3.2 kHz, 14-Bit optical absolute rotary encoder with a CMOS profile sensor[J]. IEEE Sensors Journal, 2008, 8(8):1430-1436.

KIM J A, KIM J W, KANG C S, et al.. Absolute angle measurement using a phase-encoded binary graduated disk[J]. Measurement, 2016, 80:288-293.

苏海冰, 刘恩海. 单圈绝对式编码器的研制[J]. 光学精密工程, 2002, 10(1):74-78.

SU H B, LIU E H. Development of single loop absolute encoder[J]. Opt. Precision Eng., 2002, 10(1):74-78. (in Chinese)

郁有文, 常健. 绝对码编码器中一种新型的编码方法[J]. 仪器仪表学报, 2004, 25(4):541-544.

YU Y W, CHANG J. A new coding method in absolute code encoder[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2004, 25(4):541-544. (in Chinese)

邱成, 朱衡君. 绝对式光学编码器串行编码方法的研究[J]. 光学技术, 2006, 32(5):723-728.

QIU CH, ZHU H J. Research on serial encoding method of absolute optical encoder[J]. Optical Technique, 2006, 32(5):723-728. (in Chinese)

陈赟, 孙承浦, 何惠阳. 单圈绝对式码盘编码方法的研究[J]. 光子学报, 2006, 35(3):460-463.

CHEN Y, SUN CH P, HE H Y. Study on the coding method of single loop absolute code disk[J]. Acta Photonica Sinica, 2006, 35(3):460-463. (in Chinese)

熊金旺, 贾平, 刘晶红. 利用图像传感器的光电轴角编码器编码研究[J]. 测控技术, 2009, 28(12):6-9.

XIONG J W, JIA P, LIU J H. Research on encoding of photoelectric shaft encoder based on image sensor[J]. Measurement and control technology, 2009, 28(12):6-9. (in Chinese)

王显军. 光电轴角编码器细分信号误差及精度分析[J]. 光学精密工程, 2012, 20(2):379-386.

WANG X J. Errors and precision analysis of subdivision signals for photoelectric angle encoders[J]. Opt. Precision Eng., 2012, 20(2):379-386. (in Chinese)

杜颖财, 宋路, 万秋华, 等. 基于线阵图像传感器的高分辨力单圈绝对式编码方法[J]. 光学学报, 2016, 36(11):104-110.

DU Y C, SONG L, WAN Q H, et al.. High resolution absolute code disk based on linear array image sensor[J]. Acta Optica Sinica, 2016, 36(11):104-110. (in Chinese)

张洪波, 万秋华, 王树洁, 等. 小型编码器动态精度检测的安装误差控制[J]. 光学精密工程, 2016, 24(7):1655-1660.

ZHANG H B, WAN Q H, WANG SH J, et al.. Installation error control of dynamic measurement for small photoelectric encoder[J]. Opt. Precision Eng., 2016, 24(7):1655-1660. (in Chinese)

王涛, 赵建科, 田留德, 等. 光电编码器与棱体轴线平行度对转角误差的影响[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(2):225-232.

WANG T, ZHAO J K, TIAN L D, et al.. Influence of parallelism between photoelectric shaft encoder axis and polyhedron one on the rotation angle error[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(2):225-232. (in Chinese)

于海, 万秋华, 梁立辉, 等. 光电编码器的动态误码检测系统[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(9):156-161.

YU H, WAN Q H, LIANG L H, et al.. Dynamic code error detection system of photoelectric encoder[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(9):156-161. (in Chinese)

于海, 万秋华, 卢新然, 等. 光电编码器误差检测转台的动态精度标定[J]. 光学精密工程, 2016, 24(11):2699-2704.

YU H, WAN Q H, LU X R, et al.. Calibration of dynamic precision for measurement platform of photoelectric encoder[J]. Opt. Precision Eng., 2016, 24(11):2699-2704. (in Chinese)

于海, 万秋华, 赵长海, 等. 图像式光电编码器高分辨力细分算法及误差分析[J]. 光学学报, 2017, 37(3):198-207.

YU H, WAN Q H, ZHAO CH H, et al.. A high-resolution subdivision algorithm for photographic encoders and its error analysis[J]. Acta Optica Sinica, 2017, 37(3):198-207. (in Chinese)

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