基于LabWindows/CVI的激光跟蹤測量系統校準軟件設計

自主研制的激光跟蹤測量系統通過(guò)激光測距和精密測角實(shí)現對空間目標的坐標測量。作為一個(gè)精密測角測距儀器，激光跟蹤測量系統在出廠(chǎng)之前需要進(jìn)行相應的校準，以獲得儀器內部光學(xué)系統、機械結構、伺服系統的相關(guān)參數，并對儀器測量精度進(jìn)行評估。為了使儀器校準過(guò)程簡(jiǎn)捷有效，開(kāi)發(fā)通用型的校準軟件很有必要。LabWindows/CVI是由美國NI公司推出的一種虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具，為熟悉C語(yǔ)言的技術(shù)開(kāi)發(fā)人員在測控領(lǐng)域建立計算機儀器系統-虛擬儀器，提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。該軟件的應用領(lǐng)域極其廣泛，涵蓋了軍工、電訊、工業(yè)生產(chǎn)和航天等各種行業(yè)[1-2]。本文應用虛擬儀器技術(shù)，為自主研制的激光跟蹤測量系統開(kāi)發(fā)了基于LabWindows/CVI的校準軟件。

1 系統組成與校準內容

激光跟蹤測量系統的硬件主要包括跟蹤測量單元（包括跟蹤頭、支架等）、電控單元（包括電控箱、環(huán)境傳感器等）、主控計算機和測量附件（包括角反射器、標準桿、磁性基座等），如圖1所示。其中，跟蹤頭是激光跟蹤測量系統的核心單元，其集激光測距儀（干涉測距與絕對測距）和光電經(jīng)緯儀于一體，可同時(shí)實(shí)現測距、測角和跟蹤功能。激光跟蹤測量系統校準的目的是對影響系統測距、測角精度的誤差項進(jìn)行辨識，以便進(jìn)行軟件修正。按照系統內部參數周期內變化程度大小可將分為實(shí)驗室校準和現場(chǎng)自校準。其中實(shí)驗室校準主要是對IFM激光器、大氣參數傳感裝置、測角光柵碼盤(pán)進(jìn)行校準；現場(chǎng)自校準主要是對Home基準距離、幾何誤差、ADM測距進(jìn)行校準。由于上述某些校準項目對實(shí)驗環(huán)境要求較高，故校準軟件中只涉及Home基準距離、幾何誤差、ADM測距、測角光柵碼盤(pán)等項目的校準，另測角精度檢查和系統精度檢測（Bundle test）也將一并放入校準軟件。

2 校準軟件設計

2.1校準軟件整體設計

校準軟件與激光跟蹤測量系統之間通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現TCP/IP連接。軟件運行時(shí)，首先進(jìn)行設備連接，之后進(jìn)行校準項目選擇，校準子界面彈出后，按照提示進(jìn)行操作，校準完成后退回主界面進(jìn)行參數文件生成與發(fā)送，成功后退出主界面，從而完成用戶(hù)自校準。校準軟件的操作流程如圖2所示。

2.2校準軟件模塊化設計

2.2.1主界面設計

校準主界面設計以簡(jiǎn)潔實(shí)用為原則，主要功能是實(shí)現設備連通、校準項目選擇、參數文件生成、連接狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)測量數據顯示，如圖3所示。在未實(shí)現設備連接時(shí)，主界面上除了連接和退出按鈕，其他按鈕是鎖定的，只有點(diǎn)擊了連接按鈕并且電控箱和客戶(hù)機的狀態(tài)燈變成綠色時(shí)，其他按鈕可用。測量系統有數據輸出時(shí)，數據顯示區的方位角、俯仰角和距離顯示將同步變化。點(diǎn)擊某個(gè)校準項目按鈕時(shí)，將彈出校準項目子界面，用戶(hù)只需按照子界面上的提示進(jìn)行操作即可，整個(gè)過(guò)程中其他校準項目按鈕將鎖定直到用戶(hù)退出當前校準項目。