基于Levenberg-Marquardt算法的旋转双棱镜指向偏差修正

针对旋转双棱镜系统指向误差较大、误差源较多等指向精度较差的问题,提出了一种新的旋转双棱镜指向偏差修正方案。采用非近轴光线追迹方法建立旋转双棱镜指向模型和二维转台指向模型,在全视场区域内均匀选取若干点,比较旋转双棱镜理论出射光束与实际出射光束的偏差,通过Levenberg-Marquardt迭代算法对旋转双棱镜前镜和后镜的转角误差、楔角和折射率进行修正。在整个视场区域内修正后,指向最大偏差由8.37 mrad变为3.75 mrad,平均指向偏差由4.00 mrad变为1.38 mrad,并且当俯仰角较小时,修正效果较好;在俯仰角小于15°的视场区域进行单独修正后,最大指向偏差变为1.51 mrad,平均偏差变为0.84 mrad。所提修正方法提高了旋转双棱镜的指向精度,对旋转双棱镜指向偏差的补偿修正具有一定的参考价值。     

运动平移台静态指向误差建模、测试与修正

针对运动平移台检测中方位/俯仰轴旋转过程引起的负载光轴偏移量指标超差的问题,在全面分析其误差源基础上提出了一种误差测试与补偿方案,基于多体系统理论建立了平移台负载的光轴指向偏差修正模型,设计了指向偏差测试实验,采用实测数据辨识得到了修正模型中的未知参数。经过补偿后仿真与实测验证:俯仰平台旋转引起的光轴方位指向偏移量由176.1″减小到1″,方位平台旋转引起的光轴俯仰方向指向精度由18″提高至9″,满足了工程使用要求。该误差测试与修正方法已成功应用于装备的实际检测。     

天马望远镜结构重力变形对面形和指向精度影响

以天马望远镜（简称TM65m）为研究对象,采用仿真与实验相结合的方法,对结构重力作用下主面面形精度和天线指向精度的变化进行了研究.借助有限元软件分析不同俯仰角下结构重力变形,得到主面相应的促动器调整量,将其加载到主动面系统中,经调整后天线效率在俯仰角35°和71°提高了20%.主面重力变形修正后,其顶点位置发生变化,将计算结果转化到指向模型中,得俯仰角由5°旋转到90°指向发生了0.037 99°的变化,与实际指向模型重力误差修正项系数的误差为4%.同时,发现天线俯仰及以上部分结构自重在不同俯仰角下引起俯仰轴弯曲变形,有限元分析得最大挠度为3.2 mm,挠度变化趋势与倾斜仪测量结果一致性较好,由此导致的俯仰指向变化达0.012 14°.因此,合理的结构设计对提高天线精度非常重要.     

水平式望远镜静态指向误差的建模与修正

对水平式望远镜静态指向误差进行建模与修正。根据水平式望远镜具体构架,设立地平坐标系和照准坐标系,推导出水平坐标系、地平坐标系和照准坐标系之间的转换公式,考虑望远镜的三轴误差和编码器误差等因素,建立水平式望远镜静态指向误差补偿模型(以下简称本文模型)。通过实测得到的恒星坐标数据对球谐函数模型、基本物理参数模型及本文模型行修正验证,实验结果表明,某型水平望远镜采用本文模型修正后,设备总指向精度由修正前的150.96″,提高到4.12″,满足系统总体提出的精度要求,能够广泛地应用于科研和工程领域。     

基于坐标旋转的天线系统标校技术

现有的标校数学公式只适用于AE座架天线,为实现复杂座架形式天线的标校问题,提出了一种基于坐标旋转的天线系统标校方法。根据特定座架天线的轴系旋转顺序,采用坐标旋转方法推导出包含系统误差的天线指向标校计算公式。把该式作为数学模型,将多组已确定的地理指向角和基座姿态角以及与之对应的座架转角作为样本数据,采用最小二乘法标定出天线静态误差。该方法已经应用在船载卫通AEC座架天线标校,经系统标校修正后的天线指向精度得到了很大提高。     

基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统

提出了一种基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统;基于光线追迹方法建立跟踪系统的几何光学模型,并对跟踪系统进行误差分析,通过仿真对激光跟踪系统的指向精度以及跟踪性能进行分析。仿真结果表明:在跟踪距离100 m处,跟踪系统的位置指向精度可达0.35 mm,角度指向精度为0.72″,跟踪范围为-10°～10°,最大跟踪速度可达3.6 rad/s,能够实现对远距离快速运动目标的高精度实时主动跟踪。     

基于间隔子样旋转矢量的SINS圆锥误差补偿

针对激光陀螺捷联惯导系统的圆锥误差补偿问题,研究了区别于传统多子样算法的姿态解算方法,并提出一种基于间隔子样的等效旋转矢量捷联惯导系统(SINS)圆锥误差补偿方法。该方法通过陀螺仪输出数据中临近姿态解算周期角增量的相关性分析,选取最接近于无限小转动区间的数据,进而优化等效旋转矢量的修正。激光陀螺仪实测数据姿态解算结果表明,相比于一般多子样算法,新方法在补偿精度及算法收敛性等方面均有一定优势。     

面向光束指向调控的双快速反射镜偏转角快速解算方法

基于双快速反射镜的光束指向调控系统可补偿光束位置偏差及角度偏差,双反射镜引入的耦合效应致使难以快速求解合适的镜面绕轴偏转角。为解决该问题,文中构建了双快速反射镜光束指向调控模型,分析了偏转角与光斑位移在小角度下的近似线性关系,提出了偏转角的快速解算方法,可在单次求解后获得适用的镜面偏转角。该方法采用迭代收敛算法解算抑制随机光束指向失调的偏转角并形成数据集,基于该数据集训练浅层神经网络,可根据当前光斑位置偏差直接解算快速反射镜偏转角。仿真实验结果表明,依据该方法解算的偏转角进行调控,相较于未调控前光束状态,在X和Z方向的位置偏差分别减小99.32%、99.46%,角度偏差分别减小99.07%、98.98%,平均综合偏差减小99.16%,极大地抑制了光束指向失调。     

两段式双五棱镜光束平移系统精度研究

在光学扫描和光电检测系统中,为了实现远距离、大范围光束平移的目的,对由双五棱镜构成的光束平移系统进行精度分析,并利用自准直法对系统的平行性精度进行测试。其组件中两个五棱镜摆放位置相对于理论位置存在误差,导致系统中出射光与入射光不平行,利用自准直法对系统进行光学装调,以保证出射光与入射光的平行性。但该平移组件在工作时通过转动副绕入射光轴旋转,系统会相对于某一机械轴产生转动误差,导致双五棱镜系统坐标转换矩阵发生变化,出射光与入射光不再平行。通过分析五棱镜的方位误差和系统整体的转动误差与系统误差之间的非线性关系,建立数学模型,并利用仿真实验加以验证理论分析的正确性,最后提出减小系统误差的解决方案,将其组件平移精度控制到10″以内,为棱镜在光束折转时的误差分析提供借鉴。     

阵列光束棱镜扫描光束指向及点云精度分析

在面阵扫描成像激光雷达中，阵列光束照明与棱镜扫描相结合实现了高能量利用率、高分辨率和宽探测视场，但阵列子光束倾斜入射棱镜，破坏了光束传输的旋转对称性，棱镜对子光束偏转能力存在差异，规则光束阵列产生了形状畸变，导致光束指向误差，影响点云位置精度。首先，将阵列光束与棱镜结合的圆锥扫描方式分解为多角度入射多波束并行扫描，通过所有子光束的传输特征来综合表征阵列光束传输特征；然后，采用三维矢量光学方法推导了阵列光束在棱镜中的传输过程，建立了子光束指向变化与棱镜扫描角度的关系；最后，通过对机载激光雷达棱镜扫描成像过程的数值仿真，建立了光束指向变化与点云数据质量的联系。仿真结果表明：阵列光束(3×3)棱镜扫描系统在航高0.5 km时，光束阵列畸变导致平面误差RMS约为5 cm，并随航高呈线性变化；斜率约为0.1 m/km，并随着阵列光束规模和子光束角间距增加点云平面精度随之下降。通过对棱镜扫描过程中光束阵列畸变规律掌握，为后续机载飞行试验数据的校正、阵列光束结合多棱镜扫描系统的设计提供了基础。     

某型地基相控阵天线指向系统性误差分析

相控阵天线的指向精度决定着雷达系统对目标的探测精度,甚至会影响跟踪、截获目标的成败。以一种地基相控阵天线为例,详细分析了机电混合扫描天线的指向系统性误差来源：1)热形变导致的单元间距误差,2)空气折射,3)伺服机械转动误差,4)天线内部温度场变化等。从理论上分析了上述因素对天线指向精度的影响,并提出了完整的远场误差校准方法和误差修正流程。试验结果表明,误差来源分析准确,所提出的校准方法可以明显改善天线指向精度,从而提高雷达系统跟踪精度和威力,对于地基乃至移动平台相控阵天线的设计与应用具有重要的参考价值。     

基于波束空间的方向回溯阵列指向修正方法

针对方向回溯阵列中收发异频带来的波束指向误差, 提出了一种基于波束空间预识别的指向修正方法.从方向回溯阵列的一般模型出发, 推导频偏造成的波束指向误差, 并确定相位补偿量与接收信号角度的函数关系.通过阵元空间到波束空间的转换判断接收信号角度区间, 确定近似相位补偿量, 实现异频收发下方向回溯阵列指向误差的修正.仿真结果表明:修正后指向误差降低了一个量级并且抗噪声能力提升.相比现有方法, 本方法立足方向回溯阵列的基本架构, 实现简单, 补偿效果明显, 抗噪声能力强, 为方向回溯阵列在异频收发领域的应用提供了新思路.     

扫描型红外探测系统指向精度的测量

描述和分析了扫描型红外探测系统指向精度测量的必要性,并提出了一种扫描型红外探测系统指向精度的测量方法.该方法综合了内场测量和外场测量的优点,降低了系统在整个测量过程中由于检测设备的误差和检测方法不当所引起的偏差.并对误差产生的原因以及造成的结果进行了分析.有利于扫描型红外探测系统指向精度的高精度测量和校正.     

大尺寸空间角度检测系统的现场标定方法

为了实现大尺寸空间异面直线夹角检测系统的现场标定,提出了基于待测对象的现场标定方法。结合一个具体的工程实例介绍了系统的测量方法,针对系统内部机器视觉子模块的测量对象提出了适于现场快速实施的标定策略。分析了影响系统检测精度的各项误差源,给出了系统标定板的设计加工方案。研究了系统的框架设计和标定板布局的合理性。设计了标定环节的数字图像处理流程,并给出了各个步骤的处理结果。实验结果表明,在光照条件为355lx的情况下,采用所提出的标定方法使视觉检测系统的误差均值由0.065123°缩减为0.00219°,补偿效果满足要求,系统对于间隔7m的异面角度的标准测量不确定度为0.114°。     

球谐函数法修正水平式经纬仪指向误差

为修正水平式经纬仪指向误差,采用球函数将定义在水平式经纬仪球坐标系上的函数展开成傅立叶级数的形式,并取到4阶带谐项,得出指向误差球谐函数模型。通过观测全天分布较为均匀的45颗恒星,得出经纬仪视轴指向在经角、纬角方向的误差离散值,采用最小二乘法拟合得到球谐函数模型中各待定系数。实验表明,球谐函数法可有效修正经纬仪的指向误差,经纬仪在经角、纬角方向的指向精度和总指向精度分别由修正前的40.91″、30.93″、51.29″提高到了修正后的2.59″、2.46″、3.57″。修正后,基本清除了设备系统误差。     

连续旋转型光纤捷联惯导系统角速度误差补偿

旋转调制技术在有效抑制惯性器件漂移的同时,也使测量误差更加复杂,只有对这些误差进行补偿,才能发挥旋转调制的效果。为此分析了光纤陀螺敏感轴与旋转轴间不正交角、旋转轴涡动、时间不同步量、敏感轴间不正交角等误差造成的影响,建立了各自的误差补偿模型,并设计了一种基于单轴转台和单元体自身旋转的误差标定方法。结果显示,温补后的敏感轴与旋转轴之间不正交角标定精度优于0.2″,敏感轴之间不正交角标定精度优于1.4″,时间不同步量的标定精度优于0.06ms,经旋转调制和误差补偿后的等效光纤陀螺漂移由0.050°/h改善至0.015°/h。为低成本高精度惯导系统的实现建立了基础。     

雷电测向正交磁环天线的测角误差矫正

用于雷电测向的正交磁环天线(OMLA)的测量精度要求不断提高,导致天线自身结构加工误差引起的测角误差(AME)进一步加大。该文对天线自身结构加工误差与测角误差的关系建立理论模型,通过引入补偿系数和等效结构误差角度,提出一种对正交磁环天线测角误差的矫正方法。通过实验对比3组正交磁环天线,对其常规测向结果和矫正测向结果的测角误差进行对比分析,实验表明矫正后测角误差比常规测角误差降低约50%。因此该矫正方法在同等硬件条件下,可以很好地提升正交磁环天线的雷电测向精度。     

方波调制消除Wollaston 棱镜非线性系数对空间测角的影响

建立了一种基于Wollaston 棱镜偏振分束的空间测角模型。对于Wollaston 棱镜出射光强对系统测角精度带来的影响做了简要的理论分析和仿真,仿真结果表明出射光强偏离马吕斯定律,出现了一定的非线性偏差,且Wollaston 棱镜的非线性偏差对空间测角装置的测角精度影响很大,降低了装置的实用价值。提出了一种采用方波磁光调制提高测角精度的方法,该方法有效消除了Wollaston 棱镜的非线性系数、磁光玻璃的调制度波动、电路增益差异及光强波动的影响,且该方法相对正弦磁光调制方法更容易实现。最后通过相关的对比实验,采用该方法系统在-8~+8范围内能够达到15 的测角精度。     

高精度窄波束二次雷达指向精度补偿

相控阵天线的指向精度对雷达系统的精度有非常重要的影响。影响天线指向精度的因素很多,包括移相器量化单位误差、TR 单元间的物理结构、安装位置误差等。为了确保二次雷达的量测精度,天线的指向精度必须高于雷达系统的测向精度。本文制定出一种高效的指向误差补偿方案。该方案不仅可以大幅度减小指向误差,而且可以节约修正指向误差时间和人员的投入。