绝对式位移测量标尺的定位算法研究(2)
1.2 绝对式编码器编码方式目前可供绝对式编码器使用的编码方式有很多。最基本的方式为自然二进制形式，其容量为 2n,为有权码。它的优点是直观，可以直接从读数得到所需的信息而无需进行转换，但它在编码进位时往往多位码同时变动，若其中一位出现错误便会导致最终结果的重大误差。为改善这一缺点便产生了周期二进制码，俗称格雷码[8]。这种码每次发生进位时，有且仅有一位码发生改变，可以避免在最终所得结果中产生粗大误差。但格雷码为无权码，每一位没有固定含义，故其缺点是读数不直接，需要进行转换才能得到其所包含的信息。这两种二进制码均为多码道方式，码道的数目会随着精度要求的增高而变多。之后日本光机事业部提出一种新的代码，称之为 M 系列码。它为了克服在自然二进制码中出现的粗差，增加了一条辅助码道，但不足之处是并没有跳出之前二进制码的思路，编码器所用标尺没有实现真正的单码道，因而仍难以实现精度和体积间的平衡。正弦条码利用单正弦条码的相位或多正弦条码之间的相位差对位置进行编码，属于一种周期组合码，在仪尺距离不定从而导致成像尺寸变化的大地水准测量中具有独特的优势[9]。2003 年，浙江大学副教授郑洪提出一种线性位移连续码[10]，通过将前一位码向左平移并在其后加“1”或“0”得到新码的方式，循环往复生成2n个连续的码字。我们认为，这种位移码适用于仪尺距离固定（从而光学放大倍数固定）的位移编码器中，其天然的连续性和唯一性使位移标尺实现了真正的单码道结构，同时其二进制特性保证每一码位的宽度都相同，为条码信号的处理和解码提供了便利。因此本文选择这种位移码进行算法仿真。
1.3 图像式编码器介绍通行编码器目前主要有两类，即传统光电编码器和本文中所要用的图像式编码器。其中光电编码器一般依靠光电效应来非接触性地测量位移或角度，其结构主要包含光源、条码标尺、光电检测元件和模数转换电路等几部分，具有可靠性强，耐用程度高等优点，在国防、工业、仪表等领域占有重要一席。随着图像式传感器技术的不断成熟和数字图像处理技术的快速发展，图像式编码器的应用变得更加广泛。图像式编码器比起光电编码器拥有更为简单的结构，其结构一般由图像式传感器，微处理器和存储器件组成，省掉了光电编码器所需的光电检测装置和模数转换电路，便于实现编码器的轻重量与小体积[11]，在航天、制导、探测、军事等特殊领域具有很大的优势。其工作原理是通过光源将条码上的像投影到图像传感器上，获取条码相应的空间图像亮暗分布信息，之后传输到信号处理单元中运用相应的算法进行信号识别，获取绝对位置信息[12]。分辨率取决于图像传感器的像素尺寸和相应的细分算法，使系统的测量精度得到大幅提高。此外，图像式位移编码器还有利于扩大测量范围，具有较强的抗干扰能力，故已成为当今研究重点。
1.4 论文主要研究内容本文通过对现如今各类编码器优缺点的分析，选定了编码机制，
用 MATLAB 软件生成条码图像及图像传感器的模拟输出信号，编写相应的信号处理和解码算法进行仿真， 为这种易于小型化，高精度的图像式编码器的实际运用提供理论基础。本文主要工作有：1.介绍了绝对位移码的编解码一般原理及本文所用位移连续码的编解码原理。2.生成了位移连续码和相应的条码图案。3.编程模拟图像式传感器采集到的实际条码信号。4.对信号进行边缘检测，确定各码元数值。5.计算最终位置值，将仿真算法的计算结果与理论值进行比较，说明算法的正确性和稳定性。