粒子加速器多系統位移監(jiān)測與全局坐標系統一問題研究

隨著粒子加速器規(guī)模的不斷擴大和技術要求的不斷提升，對磁鐵等關鍵元部件的點位精度要求越來越嚴格，需要采用各種可行的點位監(jiān)測系統對部件各個方向的位移進行實時監(jiān)測。目前，國際上最普遍使用的點位監(jiān)測系統包括靜力水準傳感器、線位置監(jiān)測傳感器、傾斜儀等。但是，這些傳感器往往基于不同的測量基準，測量范圍也不盡相同，測量數據容易出現互相干擾和無法檢核的情況。本課題立足于不同點位監(jiān)測系統的特點，將它們的監(jiān)測數據歸化到統一的坐標體系中進行評價，從而實現對關鍵元部件的點位精度進行多維實時監(jiān)測。首先，根據系統設定的精度預期，對不同的監(jiān)測系統進行深入調研分析和選型，進行系統結構設計并建模仿真；其次，對采購和自研的各類傳感器進行精度標定并搭建系統測試平臺；再次，對系統中多級空間坐標系建立及轉換方法進行深入研究；最后，根據實際搭建的測試平臺并結合坐標轉換方法的研究，將各傳感器在其自身坐標系下的實際測量數據轉換到基板坐標系和系統坐標系，最終將不同系統的坐標系轉換到全局坐標系下表達。 2100433B

粒子加速器的發(fā)展對關鍵部件（如磁鐵）準直精度要求越來越高，為了保證加速器正常運行，須采用各種監(jiān)測系統對這些部件的橫向和縱向位置進行實時監(jiān)測。本項目試圖通過理論研究和實驗驗證的方法，將不同位移監(jiān)測系統統一到加速器的全局坐標系下，方便對不同位置在不同方向上的位置變化進行診斷，便于及時進行必要的位置調整。國際上最普遍使用的位移監(jiān)測系統包括靜力水準系統（縱向）、引張線位置監(jiān)測系統（橫向和縱向）以及傾斜儀系統（俯仰角和擺動角）等，為了將它們的監(jiān)測結果在全局坐標系上反映出來，在硬件上必須精密地建立它們的共同基準，將監(jiān)測數據通過該基準統一在一個局部坐標系下，同時要考慮不同監(jiān)測方法受到的環(huán)境影響而產生的偏差，并能得到有效修正；隨后要進行數學上分析與計算，將各個局部坐標系統一到全局坐標系下，并根據誤差傳遞理論有效評估轉換的精度，使其在加速器準直允許誤差范內。將基于國際上最新相關研究進展，開展本項目研究。

粒子加速器（英語：particle accelerator）是利用電場來推動帶電粒子使之獲得高能量。日常生活中常見的粒子加速器有用于電視的陰極射線管及X光管等設施。只有當被加速的粒子置于抽真空的管中時，才不會被空氣中的分子所撞擊而潰散。在高能加速器里的粒子由四極磁鐵（quadrupole magnet）聚焦成束，使粒子不會因為彼此間產生的排斥力而散開。

粒子加速器有兩種基本型式，環(huán)形加速器和直線加速器。

游戲和圖形開發(fā)中常用的坐標系有：世界坐標系、物體坐標系、攝像機坐標系、慣性坐標系。 世界坐標系是描述其它坐標系所需要的參考框架，只能用世界坐標系描述其他坐標系的位置，不能用更大的，外部的坐標系來描述世界坐標系。

關于世界坐標系的的典型問題都是關于初始位置和環(huán)境的，如：

1、 每個物體的位置和方向。 2、攝像機的位置和方向。 3、世界的每一點的地形是什么。 4。各物體從哪里來，到哪里去。 物體坐標系是和特定物體相關的坐標系。每個物體都有它們獨立的坐標系。 在物體坐標系中可能會遇到的問題： 1、周圍有需要互相作用的物體嗎？（我要攻擊它嗎？） 2、哪個方向，在我前面嗎？我左邊一點？（我應該射擊還是轉身就跑） 攝像機坐標系是和觀察者密切相關的坐標系。是一種特殊的“物體”坐標系。 典型問題： 1、3D空間中的給定點在攝像機前方嗎？ 2、3D空間中的給定點在屏幕上還是超出了邊界？ 3、某個物體是否在屏幕上？部分還是全部在？ 4、兩個物體誰在前面？（可見性檢測，深度排序） 慣性坐標系是為了簡化世界坐標系到物體坐標系的轉換。從物體坐標系到慣性坐標系只需旋轉，從慣性坐標系到世界坐標系只需平移。 嵌套坐標系同樣為了簡化物體在世界坐標系中位置，如一個物體坐標系嵌套一個頭部坐標系，則頭部坐標系可以只與物體坐標系聯系，簡化操作。

坐標系轉換，應用矩陣表示，一切操作如物體的旋轉、平移過程等都可以用矩陣(4*4齊次空間矩陣)來表示2100433B