基于LabWindows/CVI的激光跟蹤測量系統(tǒng)校準軟件設計

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現(xiàn)對空間目標的坐標測量。作為一個精密測角測距儀器，激光跟蹤測量系統(tǒng)在出廠之前需要進行相應的校準，以獲得儀器內(nèi)部光學系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)、伺服系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，并對儀器測量精度進行評估。為了使儀器校準過程簡捷有效，開發(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發(fā)工具，為熟悉C語言的技術(shù)開發(fā)人員在測控領域建立計算機儀器系統(tǒng)-虛擬儀器，提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。該軟件的應用領域極其廣泛，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(tǒng)開發(fā)了基于LabWindows/CVI的校準軟件。

1 系統(tǒng)組成與校準內(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(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，可同時實現(xiàn)測距、測角和跟蹤功能。激光跟蹤測量系統(tǒng)校準的目的是對影響系統(tǒng)測距、測角精度的誤差項進行辨識，以便進行軟件修正。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驗室校準和現(xiàn)場自校準。其中實驗室校準主要是對IFM激光器、大氣參數(shù)傳感裝置、測角光柵碼盤進行校準；現(xiàn)場自校準主要是對Home基準距離、幾何誤差、ADM測距進行校準。由于上述某些校準項目對實驗環(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、測角光柵碼盤等項目的校準，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(tǒng)之間通過以太網(wǎng)實現(xiàn)TCP/IP連接。軟件運行時，首先進行設備連接，之后進行校準項目選擇，校準子界面彈出后，按照提示進行操作，校準完成后退回主界面進行參數(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。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潔實用為原則，主要功能是實現(xiàn)設備連通、校準項目選擇、參數(shù)文件生成、連接狀態(tài)顯示、實時測量數(shù)據(jù)顯示，如圖3所示。在未實現(xiàn)設備連接時，主界面上除了連接和退出按鈕，其他按鈕是鎖定的，只有點擊了連接按鈕并且電控箱和客戶機的狀態(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。點擊某個校準項目按鈕時，將彈出校準項目子界面，用戶只需按照子界面上的提示進行操作即可，整個過程中其他校準項目按鈕將鎖定直到用戶退出當前校準項目。