混合平衡-非平衡射频探针的在片测试方法

随着对微波单片集成电路(MMIC)愈发严苛的尺寸限制和集成度要求,越来越多的MMIC芯片如限幅器、射频开关等同时具有平衡和非平衡的不同测试焊盘结构,需采用平衡-非平衡混合射频探针进行在片测试,而基于单一平衡或非平衡结构的直通在片校准件无法同时满足混合射频探针的阻抗匹配要求,导致校准精度大幅下降,无法用于MMIC在片测试.为此,本文对采用传统SOLR校准方式的平衡-非平衡混合射频探针测试的校准误差进行了评估计算,并结合带误差修正的OSL二阶去嵌技术和级联矩阵变换技术,提出一种基于平衡-非平衡混合射频探针的MMIC在片测试方法,同时搭建了以矢量网络分析仪、SG与GSG射频探针、微波探针台等组成的在片测试系统来验证方案可行性.通过矢量修正和级联矩阵去嵌,将校准参考平面精确平移至探针尖端面,有效地保证了测试精度,并且结合C#面向对象语言为该测试方案构建了自动测试系统,实现了仪器控制、数据采集、结果修正、数据分析等全自动操作,避免了人为干预的影响,解决了晶圆级测试面临的效率问题.     

球面干涉检测中改进的调整误差校正方法

根据球面干涉检测中待测球面调整误差的高阶近似模型,提出新的基于泽尼克多项式拟合的球面调整误差校正方法.该方法根据测得原始面形数据的泽尼克多项式系数以及待测面数值孔径,得到调整误差所引入的低阶和高阶像差量,实现高精度球面调整误差校正.通过Zygo干涉仪及大数值孔径待测球面对提出的校正方法进行实验验证,校正精度达到了均方根值近0.001λ、峰谷值0.011λ.实验结果表明,该方法可以实现很高的球面调整误差校正,无需了解实际调整误差量,便于自动化处理,可以降低检测装置中对待测面调节机构精度的要求.     

晶圆传输机器人标定技术研究

为了提高高速高精度晶圆传输机器人的定位精度,建立了精度分析和运动学标定为一体的精度保障体系.针对机器人的特点,建立了误差模型,分析了各结构几何参数误差源的灵敏度,提出了结合几何误差迭代法和基于运动学逆解的非线性参数辨识的分步标定方法,对其进行了标定,并对几何结构参数进行了误差补偿.仿真分析以及实验证明:机器人定位误差达到0.07mm,有效地提高了机器人末端的定位精度.     

一种改进的摄像机线性标定优化方法

现有的摄像机标定方法没有将高精度和简便性很好的衔接在一起。提出一种新的标定优化方法。首先选择主点位置在图像中心,纵横比为1作为初始条件;接着利用改进的摄像机线性标定方法,得到在同一摄像机坐标系下不同图像上所有标定点的摄像机坐标;最后利用摄像机坐标系下的这些三维点来优化内、外参数。实验结果表明：本文提出的标定方法得到的焦距误差在0.1mm以内,主点位置的最大误差在2pixel左右,测试点的最大误差控制在0.5pixel以内。本文提出的标定方法是一种简单、高精度的标定方法。     

一种直流电压互感器的低压现场校验方法

为了解决直流电压互感器现场校验率低的问题,提出了一种基于低压等效法的直流电压互感器现场校验方法,采用直流分压器与二次测量系统分立校验的方法替代现有的整体误差校验方法.利用该校验方法对某±1 100 kV换流站直流电压互感器进行误差校验试验.结果表明,该校验方法测量的误差与现有的整体误差校验方法测量的误差偏差小于0.05%,且该方法能够实现直流电压互感器的现场校验,从而可以有效缩减现场校验时间、减少工作量和降低现场校验安全隐患.     

标定型星模拟器设计与关键参数测试

为了完成高精度星敏感器关键参数的地面标定,研制单星指向误差优于3″、星间角距误差优于5″的标定型星模拟器。根据标定型星模拟器的工作原理,设计高精度的准直光学系统,从设计结果分析,光学系统有效视场为37°,全视场角内准直光学系统相对畸变≤0.1%,MTF达到衍射极限,可以实现对星点位置的准确模拟。提出单星指向、星间角距等关键参数的误差计算方法并进行测试,实验结果表明:设计的标定型星模拟器的成像精度符合设计指标要求,整个设备可以满足高精度星敏感器地面测试的使用需要。     

车体双轴倾角传感器的标定

为了消除由双轴倾角传感器基准面加工误差、电子元器件的焊接误差、电路板的安装误差和标定过程不规范所带来的传感单元敏感轴与标定平台的旋转轴之间的平行误差,在MEMS倾角传感器的测量原理基础上,分析了双轴倾角传感器标定过程中误差的来源并建立了标定误差的数学模型.根据该误差模型对测量数据进行了模拟,分析模拟结果并提出了有效的软件实时修正的标定方法,弥补了传统标定方法的不足.对采取该修正方法前后的数据进行比较,实验结果表明传感器输出数据误差减小了1个数量级以上.文中方法可明显提高双轴倾角传感器的标定精度.     

高精度光纤陀螺组件标定方法

为了提高光纤陀螺组件的标定精度,从三轴惯导测试转台技术指标入手,根据惯导测试转台定位精度高的特点,设计了六位置静态分立式标定方案.通过设计一定的标定路径,利用地球转速和当地地理纬度,激励出陀螺的标度因数、安装误差和零位等12个参数,新的标定方案避免了标度因数和安装误差对零位的影响.对自研光纤陀螺捷联惯导系统在三轴惯导测试转台进行传统标定和六位置静态分立式标定,并将标定结果用于静态导航实验,多次实验结果表明,与采用传统标定结果的导航定位误差相比,采用六位置静态分立式标定结果的导航定位误差显著降低.     

解决约束平面偏移问题的机械臂闭环标定

基于平面约束的工业机械臂闭环标定,拟合平面与实际约束平面之间存在一定偏差,直接影响标定精度.针对此问题提出消除偏差的方法及误差模型.建立平面坐标系,得到约束平面的准确方程,通过接触式测量头对约束平面进行测量,在平面坐标系中描述测量点的位置;建立最小完整连续运动学模型,从而减少冗余参数的影响;利用双目视觉定位约束平面并规划理论测量点位置,实现自动化测量;通过改进的最小二乘法对参数误差进行辨识.实验结果表明,修正运动学参数后,机械臂绝对位置精度由1.234 mm提高到0.405 mm.该方法成本低、精度高、效率高,且简化了误差模型,适用于工业机械臂的现场标定,为机械臂生产厂家实现批量化标定及后期设备维护提供了思路.     

全动舵面载荷测量的压电天平设计与误差分析

针对大载荷、狭窄安装空间的全动舵面气动载荷测量风洞试验,设计一种四支点三向力压电传感器并联式天平.选择压电石英作为天平的力敏元件,讨论四支点三向力传感器在其中的空间布局及其测量原理,研究并联式天平的标定方法,并对天平进行静态标定、复合加载试验.应用基于标定矩阵的求解矩阵广义逆的静态解耦算法进行解耦,从传感器等效作用点偏移的角度,利用ANSYS有限元软件分析并联式压电天平误差产生机理.实验结果表明:该天平的最大非线性误差和重复性误差分别为1.352%、1.019%,最大向间干扰系数为2.865%,复合加载对竖直力的测量精度影响较小,而对弯矩影响较为明显;天平静态标定指标均满足测试精度要求,但不同加载方向及其大小对传感器间距的影响各异,复合加载时,间距影响相互叠加,使天平测量精度降低,此天平并不适用于多向载荷测量.     

激光陀螺捷联惯导系统中惯性器件误差的系统级标定

为评估激光陀螺SINS的性能,需对系统中的惯性器件误差,包括随机漂移误差、刻度系数误差与安装误差角等,进行系统级标定。提出了卡尔曼滤波校准法,此方法利用激光陀螺SINS六位置静基座测试数据来标定系统中的惯性器件误差。其实现过程包括两步：首先,基于降阶处理思想,利用SINS的静基座测试数据,通过卡尔曼滤波来估计SINS系统中激光陀螺随机漂移误差及其他误差参数的耦合参量;第二步,比较两组不同位置的静基座测试数据的滤波辨识结果,对不同形式的耦合参量估值进行标量运算,即可获得SINS系统中其它惯性器件误差参数的校准值。卡尔曼滤波校准法的方法比较简单,测试易于实现,只需要一台精度比较高的手动三轴定位转台即可。另外,卡尔曼滤波法具有对测量噪声及环境干扰的影响不敏感、校准精度高的优点。卡尔曼滤波校准法的有效性与可行性已通过仿真测试得到了验证。     

雷达卫星标校的工程实现研究

为确保雷达系统的测量精度,给出了一种用于标校雷达动态跟踪过程中系统误差的工程实现方法--卫星标校法。该方法通过观测卫星轨迹,将量测值与真实星历值比对,通过最优化解法标定雷达的系统误差。考虑雷达结构特点导致的误差和大气折射误差修正后的残余误差,建立了卫星标校的系统误差模型。最后,采用实测数据验证了该误差模型的可行性与可靠性。该方法在标校过程中不受人为、天气等因素影响,可以适应雷达的动态技术状态。     

微带测试夹具的TOSD校准方法

通过研究微带测试夹具及其微带传输线对测量 S参数的影响及校准方法 ,给出了用 TOSD(thru,open,short,delay)方法进行校准的步骤 ,并基于误差模型进行了数值仿真 ,得到了比较准确的校准结果 ,证明该方法对校准微带测试夹具是有效的。对方程的奇异性进行了研究 ,并提出了解决方法     

利用迭代思想标定砂土三轴试验宏-细观参数

为提高离散元中三轴试验宏-细观参数标定工作效率,提出一种新的方法——迭代标定法.利用fish语言编写程序在PFC~(3D)中实现了三轴试验的数值模拟.基于接触黏结模型对砂土三轴试验进行模拟,验证了迭代标定法的有效性.结果表明:颗粒刚度大小和颗粒刚度比都会影响偏应力的大小;颗粒法向刚度会影响初始杨氏模量;细观摩擦系数对偏应力的影响程度取决于模型围压的大小;黏结强度对接触黏结模型的应力应变曲线形态影响较小,但对平行黏结模型的应力应变曲线形态有较大影响.迭代标定法可以有效标定宏-细观参数,减少"试参数"过程.     

静态星模拟器设计与精度分析

为了实现对星敏感器进行的地面标定和精度测试,研制高精度静态星模拟器,要求模拟器的星间角距精度优于10″。利用激光直写技术制作星点分划板,将其作为核心显示器件来模拟星图,设计准直光学系统实现无穷远距离和角度模拟,并通过优化像差保证模拟星点的成像质量。同时,提出星点位置修正方法以改善由于焦距测不准和光学系统相差带来的星图模拟误差。实验结果表明:经过修正的星图,单星位置模拟精度优于10″,可以作为地面标定与测试装置,供星敏感器进行观测。     

超短基线声学定位系统安装误差精确校准

超短基线由于其小尺寸和使用方便而被广泛应用于海洋开发中.超短基线在安装时无法保证其声学换能器基阵的方位系统与载体的方位系统完全重合,从而引入了系统的安装误差.对高精度定位而言,该误差是不容忽略的.利用锚于水底的声学应答器地理位置不随洋流及测量载体的变化而变化的特点,借助外接的高精度GPS和姿态传感器的信息用最小二乘的方法对其安装误差进行校准.理论分析和试验结果证明,该方法有效地解决了安装误差问题,海试结果表明经过安装误差校准后系统的定位精度可达到斜距的5‰,满足系统要求.     

机器人基坐标系精确标定的对偶四元数法

针对离线编程系统中机器人在世界坐标系下的位姿描述问题,提出一种利用对偶四元数精确标定机器人基坐标系的方法.首先在利用指数积公式建立机器人正运动学模型的基础上,推导了基于单位对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将世界坐标系与机器人基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行统一描述;其次,以对偶四元数的几何性质为约束条件,建立最小方差目标方程,引入拉格朗日乘子法求解最优的位姿变换矩阵;最后,对6自由度串联机器人进行了标定实验.实验结果表明,该标定方法可以有效解决工业应用环境中机器人的基坐标系标定问题,同时也为机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供了参考依据.     

5G相控阵近场多探头OTA校准

为解决1.8~6.0 GHz频段内5G相控阵的大批量、快速、高效的幅相校准,该文提出一种新型近场多探头空口幅相校准方法。该方法先用多探头阵列,从校准阵获取基准的校准参数,然后利用校准阵近/远场之间的传递函数关系,对待测阵各通道进行幅相校准。文中分析了校准误差的来源与影响,并用4×4多探头近场测量阵列,研制出了测试系统,对方法的可行性与准确性进行了实测验证。仿真与实测结果表明,幅度校准误差在±0.5 dB之内、相位校准误差在±5°之内。相比已有空口校准系统,该系统体积更小、效率更高,校准精度与远场校准基本相当,展现出对大批量小型5G相控阵进行产线快速幅相校准的能力。     

四象限模拟太阳敏感器的高精度补偿标定方法

为了提高微纳卫星的定姿精度,针对四象限模拟太阳敏感器提出高精度误差补偿方法,设计完整的自动标定流程. 分析四象限硅光电池片光生电流的测量过程,将太阳光入射后的投影关系进行建模,提取主要误差源. 综合考虑各环节,对各路电流测量误差进行单独矫正,对机械加工与安装误差和忽略遮光罩厚度导致误差进行补偿,形成了完备的补偿方法. 实验结果表明,机械加工与安装误差为主要误差源,忽略遮光罩厚度导致误差的影响略大于电流测量误差的影响. 应用该方法在±40°视场范围内补偿前平均精度为3.072°（1σ）,补偿后平均精度为0.177°（1σ）,现有其他方法标定后精度为0.5°（1σ）,提出方法的精度提升了约3倍. 针对标定测试工序,设计全流程自动化标定测试方法,效率明显提高,适合大批量应用.     

A Calibration Method of Robot Base Frame with Procrustes Analysis

基于正交Procrustes分析的机器人基坐标系标定方法

高晓珊¹,王刚²,贠超¹,郝大贤¹

（1北京航空航天大学 机械工程及自动化学院,北京 100191;

2北京邮电大学 自动化学院,北京 100876）

摘 要:

为满足机器人高精度作业要求,基于POE正运动学公式,提出一种基于正交Procrustes分析的机器人基坐标系标定方法。由于制造装配误差的存在,导致机器人实际的基坐标系与理论建模的基坐标系之间存在偏差,前者可以借助外部测量设备采集机器人末端执行器的三维（3D）位置坐标来建立。为求解两个基坐标系之间的变换关系,利用Procrustes分析的几何约束条件,建立拉格朗日乘子罚函数形式的目标方程,通过奇异值分解（SVD）得到最优的正交旋转矩阵。最后,对六自由度串联机器人进行了现场测量与标定实验,实验结果表明该标定方法可以有效解决工业应用环境中机器人的基坐标系标定问题,同时也为机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供了参考依据。

关键词：基坐标系;标定;Procrustes分析; 正交性