基于光学自准直的旋转轴平行度测量与不确定度分析

在激光通信和光电跟瞄系统中已经开始采用基于旋转光栅或光楔的指向-捕获-跟踪(Pointing,acquisition and tracking, PAT)机构对光轴进行角度调整，该结构质量轻、体积小，非常有利于系统的轻小型化。由于结构中两个旋转轴的平行度误差会严重影响PAT机构性能，因此在机械装配时需严格保证两轴平行度。针对旋转轴系轴线不易测量，传统测试方法精度不足，轴系晃动误差影响测量结果等问题，为了满足两轴平行度高精度检测的需求，文中提出基于自准直原理的旋转轴平行度测试方法，利用自准直光学特性，结合特殊设计的半反半透基准镜，采用数据拟合方法剔除轴系晃动的影响，得到旋转轴轴线空间位置，创新地实现了无需调整测试和被测设备即可在同一基准下测量两个平行轴系轴线角度和平行度。该方法只需一台测试设备，排除了传统多台测试设备联合测量时，基准传导与变换中的测量和变换误差，提高了测试精度和测试效率。首先，设计了基于自准直仪的测试系统，采用一台自准直仪测试两个轴系轴线空间位置，从而得到旋转轴同轴误差；然后，对测试结果不确定度进行了研究，分析了测试准确性及其影响因素；最后，采用该测试方法和测试系统，对某...     

室内测量定位系统水平测角性能的检定

在室内测量定位系统多平面约束测量模型中,发射站水平旋转角度是唯一观测量。为了对水平旋转角度测量精度进行评估,利用旋转激光平面的几何性质,建立了水平旋转角数学转化模型,推导了水平旋转角标准差和水平检定角标准差之间的关系。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段、多齿分度台为角度参考基准的角度检定方法,并以室内测量定位系统为平台,对水平旋转角度测量性能进行了检定。实验结果表明,系统水平旋转角测量不确定度为2.4"(99.73%置信概率),本文方法适用于绕空间固定轴旋转角度测量精度的检定。     

高精度多齿分度台的设计及其工艺

一、高精度多齿分度台简介多齿分度台是一个高精度角位移设备,它的复位精度高,而且结构简单,稳定性好,使用方便,因此广受人们重视。美国穆尔(MOOre)专用工具公司研制出一台1440齿多齿分度台,其精度达到0.2角秒。我所研制256和512齿两个品种,其精度前者达到0.5″后者为1″。     

一种精密测角装置的性能及应用

此装置是用精密多齿盘与光电测微平行光管构成的一种精密测角装置。由于精密多齿盘具有分度精度高、使用寿命长及操作方便等特点,而光电测微平行光管能自动瞄准,因此构成的测角装置能广泛用于精密角度计量。精度可达到0.4″,是国内少有的一种测角方法和装置。经两年多的测试卖践表明该装置用于各种透明和非透明光学棱镜、光学多面体(四面体、八面体、二十四面体等),光学平板等角度与平行差的测试,都能得到满意的结果。     

光电经纬仪视轴晃动的标定补偿

为了修正视轴晃动对经纬仪测角精度的影响,补偿系统误差产生的测角误差,实现高精度测量,分析了星体标校方法补偿系统误差的基本原理,设计了一套利用平行光管对经纬仪视轴晃动进行室内标定和补偿的方法。通过对视轴误差标定,测试出系统误差的逼近函数,从而可根据逼近函数对任一目标进行补偿修正。该方法操作便利、测试试验条件简单,通过试验验证测角精度可达到10″内。为实现视轴误差修正和高精度光电测量提供了一种有效的途径。     

基于双星敏感器的船体姿态测量系统设计

提出了一种基于双星敏感器的船体姿态测量系统。本系统采用两台大视场高精度CCD星敏感器,一台指向船艉,一台指向左舷,组合定姿达到提高横摇角测量精度的目的。选用TH7888A作为CCD传感器,成像后经实时图像处理器提取星点目标位置、灰度信息传给数据处理计算机,通过星图识别、姿态确定获取地心惯性坐标系下视轴指向,经岁差、章动、极移、船位、蒙气差等修正,获得惯导地平系下姿态矩阵。依据标定的星敏感器与甲板坐标系安装矩阵,解算船体姿态角,将两台星敏感器解算的姿态角进行融合,达到获取三个高精度船体姿态角的目的。实验表明,该系统航向、纵摇及横摇测角精度分别达到8.46″、7.16″及5.11″,测量精度高、自主性强且能不随时间漂移。     

基于MLE算法的海上角度交会测量方法及其精度分析

针对我国现有测量船单站REA测量体制精度相对较低的问题,提出了基于光电经纬仪的海上角度交会测量方法。介绍了角度交会测量原理和设备布站原则,构建了AE-AE异面交会测量系统,设计了基于MLE(Maximum Likelihood Estimation)算法的海上角度交会测量算法和船摇修正方法,仿真分析了船体姿态测量误差、设备测角误差以及站址定位误差等的影响。仿真结果表明,站址测量误差是海上角度交会测量的最主要误差源,船体姿态测量误差和设备测角误差对海上角度交会测量精度有一定的影响,当船体水平姿态测量误差优于20″、航向测量误差优于30″、设备测角误差优于20″、站址测量误差优于1 m时,海上角度交会测量精度可达1 m。该法解决了动态条件下的飞行目标高精度测量技术难题,为后续工程设计奠定了基础。     

光栅角编码器偏心误差修正方法研究

为了减小光栅角编码器偏心误差的影响,提高光栅角编码器角度测量的精度,对偏心误差的修正方法进行了研究。通过对光栅角编码器测角原理和偏心误差产生原因的分析,建立了偏心误差模型。并根据偏心误差模型的特点,对其进行简化,得到易于数学计算的偏心误差修正模型。以平行光管和23面棱体为基准,得到存在偏心误差的一组光栅角编码器测量数据。使用线性最小二乘参数选择准则,对偏心误差修正模型中的参数进行优化计算,得到修正模型中的参数,完成对光栅角编码器误差偏心的修正。通过误差修正试验和精度验证试验,表明经过偏心误差修正,系统测量精度优于±13″。修正方法达到了补偿误差的目的,提高了光栅角编码器的测量精度,满足了高精度角度测量的要求。     

一种双旋转变压器测角系统设计

为解决大型精密转台的角度测量问题,设计了一种双旋转变压器测角系统.满足了转台转轴中空的设计要求,同时保证了测量的高精度.对影响系统精度的误差源和系统的主要误差项进行了分析,改进了粗精组合算法,提高了算法的效率,并减小了对两个通道的零点误差的要求.在实际的设计系统中对粗精组合算法进行了验证和精度计算,整个系统达到了3″的精度.     

车载光电经纬仪的测量误差修正

为了降低载车平台变形对经纬仪测角精度的影响,补偿较大变形产生的测角误差,实现活动站测量,分析了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的基本原理,利用一套激光自准直式的非接触测量装置测量出因平台变形而导致的经纬仪方位旋转轴线的倾斜角及倾斜方向,通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。该方法精度高、实时性强,能够补偿±0.7°范围内平台变形而带来的测角误差,测量装置误差在20″内。为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85和2.16。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。     

北斗短基线高精度相对定位软件实现及结果分析

本文首先介绍了北斗短基线高精度相对定位软件的算法实现和工作流程,对静态基线解算和RTK解算的异同进行了总结,对短基线的静态解算精度、时段长度和RTK解算精度进行了测试和分析。实测结果表明:静态基线解算各时段解算精度平面优于1cm+1ppm,高程优于1cm+2ppm,短基线适宜的解算时段长度为1小时至1.5小时;RTK解算精度低于静态基线解算精度,在1sigma情况下,RTK解算的平面精度和高程精度接近静态基线解算精度水平。     

激光自动对准系统中快速反射镜机构研究

针对激光自动对准系统,开展了快速反射镜机构研究.利用2个直线步进电机,分别驱动2对楔块,通过楔形摩擦副实现快速反射镜的两维转动,应用楔块角度自锁,实现快速反射镜对光轴的精密调整和精度保持.为保证激光对准系统工作时,对准激光经快速反射镜后能始终返回CCD视场内,确定快速反射镜的工作转角范围:方位为±6.975′,俯仰为±...     

激光陀螺测角仪测角误差来源研究

激光陀螺动态测角仪是近几十年来发展起来的高精度、高灵敏度的动态测角系统。为了充分利用激光陀螺高精度的优良性能来提高角度测量的精度,对激光陀螺测角仪系统的结构和工作原理进行了介绍,综合国内外文献中对各主要误差源进行了定性的分析,估算了各误差的大小,由此得到了系统总的测角不确定度约为0.3'。结果表明,量化误差对测角精度影响较大。这一结果对探索进一步提高系统精度的方法具有指导性的作用。     

便携式多光轴平行性检校系统的研制

为满足野外检测多波段光电设备光轴平行性的检校需求,研制了一套便携式多光轴平行性检校系统。系统采用反射式卡塞格林光学系统和ZnS晶体靶板,为被校系统提供无穷远的十字分划目标并以此作为瞄准基准,完成对被校系统电视轴和红外轴之间的平行性检校;采用CCD系统完成分划板十字线和靶纸上激光光斑的采集,并利用数据处理系统检测出分划板十字中心与激光光斑中心位置的偏差量,完成对被校系统激光光轴与可见光轴之间的平行性检校。利用高精度光学角规对所研制的检校系统进行了标定,精度可达亚秒级。实验结果表明,该检校系统测量电视轴与红外轴之间平行性标准不确定度为2″,检校激光瞄准轴与发射轴平行性标准不确定度为5″。     

一种高精度测角装置的设计及研究

为了解决大跨径、重载、高精度相控阵天线座的高精度角度测量问题,针对轮轨转台影响测角精度的各项误差项进行分析,设计了一套组合机构来消减主要误差,减少对角度测量精度的影响。该机构满足了大转台复杂转动中心的设计要求,同时,保证了测量的高精度。为验证组合机构的应用效果,专门设计了一套试验装置,试验装置采用圆光栅作为测角元件,通过试验测试验证,整个装置达到了3''的测角精度。     

车载站三轴天线座测角精度分析

从AZ-EL 第三轴天线座的坐标变换公式出发,推导出第三轴角度对地平系AZ,EL角影响的数学模型,从而对AZ-EL型天线座在引入第三轴后对测角精度的影响进行了计算。计算证明:三轴天线座用于测角系统,只要第三轴编码器精度足够高,并对其加以精确标定,其对天线测角精度的影响很小。     

Measuring system for development of stroke-sensing cylinder forautomatic excavator

In order to develop a stroke-sensing cylinder for automatic excavators equipped with Hall sensors of GaAs type, a measuring test facility is set up and used in investigating the design parameters. The measuring system itself is a kind of XZ table with two moving axes in X and Z directions, respectively, on which sensing parts, including Hall sensors, are installed. Furthermore, to attain a high precision of movement of the measuring system, a new sliding mode control is introduced, which diminishes chattering in the control loop by setting two dead zones along the switching line. The unknown parameters for sliding mode control are estimated by a signal compression method. The output signal from a Hall sensor was analyzed by using a measuring instrument. In particular, the detected signal according to the Hall sensor's movement on the piston rod, which has a magnetic scale, was investigated and the vertical distance between the Hall sensor and the piston rod, which gives direct effects on the detected signal, was obtained. Based on these results, the stroke-sensing cylinder was designed and fabricated     

基于光轴垂直双目立体视觉系统的物体运行姿态研究

提出了一种采用光轴垂直的双目视觉测量技术获得运动物体运行姿态角的方法。首先,对光轴垂直立体视觉系统进行了建模;然后,采用光轴垂直原理求取被测物体在某时刻的中轴矢量;最后,通过建立中轴矢量与姿态角间的数学关系得到被测物运行时的姿态角。实验结果表明,该测量方法具有较高的精度和速度,能满足远距离运动的被测物体运动参数的测量要求。