基于LabWindows/CVI的激光跟蹤測量系統(tǒng)校準(zhǔn)軟件設(shè)計

自主研制的激光跟蹤測量系統(tǒng)通過激光測距和精密測角實(shí)現(xiàn)對空間目標(biāo)的坐標(biāo)測量。作為一個精密測角測距儀器，激光跟蹤測量系統(tǒng)在出廠之前需要進(jìn)行相應(yīng)的校準(zhǔn)，以獲得儀器內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、伺服系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，并對儀器測量精度進(jìn)行評估。為了使儀器校準(zhǔn)過程簡捷有效，開發(fā)通用型的校準(zhǔn)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發(fā)工具，為熟悉C語言的技術(shù)開發(fā)人員在測控領(lǐng)域建立計算機(jī)儀器系統(tǒng)-虛擬儀器，提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。該軟件的應(yīng)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(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，為自主研制的激光跟蹤測量系統(tǒng)開發(fā)了基于LabWindows/CVI的校準(zhǔn)軟件。

1 系統(tǒng)組成與校準(zhǔn)內(nèi)容

激光跟蹤測量系統(tǒng)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(jī)和測量附件（包括角反射器、標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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，可同時實(shí)現(xiàn)測距、測角和跟蹤功能。激光跟蹤測量系統(tǒng)校準(zhǔn)的目的是對影響系統(tǒng)測距、測角精度的誤差項(xiàng)進(jìn)行辨識，以便進(jìn)行軟件修正。按照系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)周期內(nèi)變化程度大小可將分為實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)和現(xiàn)場自校準(zhǔn)。其中實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)主要是對IFM激光器、大氣參數(shù)傳感裝置、測角光柵碼盤進(jìn)行校準(zhǔn)；現(xiàn)場自校準(zhǔn)主要是對Home基準(zhǔn)距離、幾何誤差、ADM測距進(jìn)行校準(zhǔn)。由于上述某些校準(zhǔn)項(xiàng)目對實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高，故校準(zhǔn)軟件中只涉及Home基準(zhǔn)距離、幾何誤差、ADM測距、測角光柵碼盤等項(xiàng)目的校準(zhǔn)，另測角精度檢查和系統(tǒng)精度檢測（Bundle test）也將一并放入校準(zhǔn)軟件。

2 校準(zhǔn)軟件設(shè)計

2.1校準(zhǔn)軟件整體設(shè)計

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

2.2校準(zhǔn)軟件模塊化設(shè)計

2.2.1主界面設(shè)計

校準(zhǔn)主界面設(shè)計以簡潔實(shí)用為原則，主要功能是實(shí)現(xiàn)設(shè)備連通、校準(zhǔn)項(xiàng)目選擇、參數(shù)文件生成、連接狀態(tài)顯示、實(shí)時測量數(shù)據(jù)顯示，如圖3所示。在未實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接時，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機(jī)的狀態(tài)燈變成綠色時，其他按鈕可用。測量系統(tǒng)有數(shù)據(jù)輸出時，數(shù)據(jù)顯示區(qū)的方位角、俯仰角和距離顯示將同步變化。點(diǎn)擊某個校準(zhǔn)項(xiàng)目按鈕時，將彈出校準(zhǔn)項(xiàng)目子界面，用戶只需按照子界面上的提示進(jìn)行操作即可，整個過程中其他校準(zhǔn)項(xiàng)目按鈕將鎖定直到用戶退出當(dāng)前校準(zhǔn)項(xiàng)目。