红外跟踪测量系统动态精度偏置检测方法研究

利用动态精度靶标能够确定被检测光电经纬仪回转中心的空间位置。提出了动态精度偏置检测方法,实现对非中心红外跟踪系统动态角测量精度的检测,由于不需要在轴端镜头上加装分光镜组,不改变系统的转动惯量,提升了非中心系统的动态检测精度。对检测数据处理,验证了该方法的有效性,并在某型光电经纬仪检测中得到应用。     

目标运动闭环跟踪模拟系统

提出了一种基于激光技术的、易于工程实现的目标运动模拟方法及实验装置,并进行了实验验证。利用激光的高亮度、发散角小以及激光器体积小、质量轻等特点,设计了针对小目标运动的实验模拟装置。通过多轴复合技术以及空间投影技术,实现了角运动向小目标二维空间运动的转换;运用多媒体定时器技术实现了对电机的内部闭环控制;采用脉冲宽度调制(PWM)技术实现了对电机的速度控制,提高了目标的仿真精度。小目标的运动速度可以达到10°/s,精度<0.1°/s,归一化标准偏差0.09。利用该装置实现了实验室内的目标运动闭环跟踪实验研究,目标捕获跟踪系统的跟踪标准偏差为0.2 mrad。该系统可以作为目标捕获跟踪系统对二维运动目标的闭环实验研究的验证仿真平台。     

永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略

本文以高精度伺服系统中的永磁同步电机变速扫描为研究对象,针对自抗扰控制器中跟踪微分器(trace differentiator,TD)及扩张状态观测器(expansion state observer,ESO)模块的延时响应和参数复杂等缺点,设计了一种改进的自抗扰控制器,有效简化了其TD和ESO模块并减少可调参数,以实现内外干扰较大的环境下电机的高精度快速响应。将该控制器应用到某型号项目的伺服摆扫镜机构中,并将其性能与同条件下传统比例-积分-微分(proportion-integration-differential,PID)控制器性能作对比。实验结果表明:改进的自抗扰控制器表现出优于PID的控制性能,0°/s^10°/s响应时间75 ms,超调小于6%,稳态精度达到±1%;变速跟踪过程转速波动小,无超调,扫描周期时间波动小于0.0014 s,起始位置角度定位精度高于0.0015°,满足型号项目指标要求。改进的自抗扰控制器对其他搭载永磁同步电机实现变速跟踪扫描的系统也有一定的参考价值。     

光电经纬仪伺服系统动态高型控制

光电经纬仪伺服系统一般是位置、速度双闭的随动系统,其跟踪精度和动态响应能力是衡量系统性能的重要标志.动态高型方法在原有控制系统基础上增加一个或多个积分环节构成高型系统,从而减小跟踪误差.将动态高型方法应用于光电经纬仪伺服系统中,从理论、仿真到工程实现进行了比较全面的研究,获得了一些具有独创性的结论.最后进行了动态Ⅲ型系统的跟踪能力Matlab仿真.当目标为最大加速度60(°)/s2、最大速度60(°)/s的等效正弦时,稳态跟踪误差达1.3″,对于最大加速度120(°)/s2、最大速度120(°)/s的等效正弦,仿真稳态跟踪误差达24″.     

基于迭代学习控制的潜望式激光通信终端系统的动态跟踪设计

为提高潜望式激光通信终端伺服系统的动态跟踪性能,针对基于永磁同步电机的二维伺服转台的控制系统进行了设计。通过采取空间矢量控制方法实现电机的解耦控制,建立控制模型并完成了各控制回路的设计。针对动目标跟踪设计了迭代学习控制方法以提高通信终端的动态跟踪性能,并对控制系统的速度阶跃响应进行测试,分析通信终端系统的低速平稳性。最后,搭建了4.62 km激光通信的动态跟踪实验,利用六自由度转台模拟平台抖动,为动态跟踪验证实验创造外部平台扰动条件。实验结果表明:通信终端系统速度阶跃响应的稳态误差为±0.02 (°)/s,表明伺服系统速度回路具有较快的动态响应特性和较高的稳态精度,在最大加速度为0.219 (°)/s2的正弦波扰动条件,二维伺服转台的动态粗跟踪精度可以达到62 μrad,粗精复合跟踪精度优于2 μrad,验证了通信终端伺服系统的有效性及其动态跟踪性能,为进一步提高终端系统的跟踪精度奠定基础。     

手眼相机位姿测量精度理论分析及验证

从理论和实验上对手眼相机位姿测量精度进行了研究。首先,根据靶标设计形式和P3P 算法介绍位姿测量原理。接着,从理论上分析了位置测量精度和姿态测量精度,即靶标沿X 轴平移位置测量精度和靶标绕X 轴、Y 轴、Z 轴旋转测量精度。然后,对通常的检测方法进行分析,提出了以产生相对位姿实现六维自由度变化的检测方法,提出用中误差对测量精度进行评价,并具体介绍了检测方法。最后,对手眼相机测量精度进行了实际检测,将实验数据与理论数据进行了对比分析。实验结果表明:距离测量精度最大为25.60 mm,旋转测量精度最大为1.4毅,均满足测量精度的要求。     

动态精度靶标与光电经纬仪的角度转换及应用

为解决T型架光电经纬仪精度检测难题,通过分析动态精度靶标与光电经纬仪的空间位置关系,计算出动态精度靶标编码器与光电经纬仪的方位和俯仰角度的关系式,分析误差原因并对其进行修正。根据实际检测的需要计算出三者角度变化量之间的关系,建立数学模型,同时根据T型架光电经纬仪的结构特点,设计了偏心方法对其静态精度进行检测,并在检测过程中验证了该数学模型和此偏心检测方法的正确性。     

二维动态测角仪

在三轴稳定静止气象卫星上,成像辐射计要通过二维扫描来完成对地球圆盘的成像.二维扫描有着与一维扫描不同的光学与动力学特性.它的图像定位与配准要求较高,研制难度较大.因此,二维扫描成像技术是我国发展新一代静止气象卫星的关键技术.在二维扫描技术中,扫描精度和稳定性是非常关键的两个指标,直接关系到图像质量.二维动态测角仪是二维扫描技术中解决二维扫描测试问题的基本工具.其作用是动态地测量和跟踪扫描镜的转动角度和步进步距角,从而检测二维扫描辐射计的精度.     

室内模拟环境下动态调制传递函数检测方法

针对车载视觉智能感知、低空区域防务等光电成像系统远距离观测动态性能测评需求,研制了室内运动目标模拟系统。基于线性移不变系统模型,分析了“三杆靶”、“四杆靶”靶标MTF测量原理,提出了一种基于变频栅条靶标的动态MTF检测方法,给出了变频靶标设计方案和MTF解算方法。完成了“三杆靶”和变频靶标测量方法的静态和动态MTF对比测试实验。实验结果表明:提出的变频靶标动态MTF检测方法与“三杆靶”测量方法相比,在静态MTF检测时测量数据的相对最大偏差比率为1.9%,动态MTF检测时测量数据相对最大偏差比率为2.8%,是一种高精度数字化动态MTF检测方法。该方法可以从一幅靶标图像中解算出MTF曲线,在动态MTF检测技术领域比“刀口法”、“三杆靶”、“四杆靶”等方法更具优势。     

检测光电跟踪测量设备的激光模拟空间目标

为了在室内检测光电跟踪测量设备的跟踪性能和测量精度，提出了用激光光束模拟空间。与传统的光学旋转靶标相比具有结构简单、控制灵活、动态范围大，适应性强的优点；不仅可以完成静态指向精度检测，也可以实现动态性能检测，可以替代传统的光学靶标，实现对短焦距电视系统的性能指标检测。     

长条形扫描反射镜的柔性支撑

为适应复杂的工作环境,提高反射镜的面形精度,设计了基于柔性支撑的RB-SiC材料长条形扫描反射镜。采用三角形单元和四边形单元相结合的背部开放式结构,对扫描反射镜进行了轻量化设计;通过分析支撑点跨距对反射镜变形的影响,对支撑点位置进行了优化设计;设计了万向柔性支撑的结构形式,消除装调和环境变化产生的残余应力;利用有限单元法建立了扫描反射镜组件的模型,计算后面形精度可达到0.023;采用自准值法,利用ZyGo干涉仪对反射镜的面形精度进行了测量,测量结果显示扫描反射镜的面形RMS值达到0.029。通过模拟无穷远处动静态目标进行了静动态成像试验,成像质量一致,通过飞行试验对地面目标进行了拍摄,扫描反射镜动态成像稳定,所获得的图像质量良好。     

紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜拓扑优化设计

为了研究某紫外-近红外高光谱探测仪扫描镜工作在运动状态的轻量化问题,提出了以扫描镜动态面形为设计约束的拓扑优化方法.对设计约束进行了有效的简化,降低了计算的复杂程度.使用拓扑优化方法得到了在转动条件下扫描镜的最优轻量化形式.分析结果表明,拓扑优化后的扫描镜轻量化率为47.3%,动态面形PV值和RMS值分别为19.36 nm和5.65 nm,比优化前分别提高了18.45%和17.40%,同时,扫描镜的一阶频率提高了113.8 Hz.分析结果说明了以动态面形为设计约束进行扫描镜拓扑优化的合理性.     

一种热像仪扫描器凸轮扭簧机构的设计方法研究

对扫描摆镜的驱动机构进行了研究。热像仪扫描摆镜通常采用锯齿波形运动曲线，扫描频率和效率取决于回扫间隔时间。在采用凸轮扭簧机构驱动的某热像仪扫描器设计方案中，利用简谐振动模型来分析摆镜的回复运动过程，并得出了实现快速回扫所需要的角频率临界值。     

基于菲涅尔双棱镜的在轨小角度测量方法

利用菲涅尔双棱镜反射测量三维小角度的方法是一种利用成一定夹角的两面反射镜代替单块平面反射镜的改进型自准直测量方法,通过建立反射光斑位移与反射镜旋转角度的数学关系,求解获得空间三维角度变化。但是在传统菲涅尔双棱镜测角方法的建模中,物体的空间角偏转状态由一个固定顺序的动态转角过程给定,其建模方式求解结果不唯一,且转角表达不直接。针对用于在轨三维小角度测量的菲涅尔双棱镜测角法,提出了一种新的建模方式,构建了初始状态与最终状态的空间角度变化的数学关系,该模型不受转角顺序的影响,其求解结果具有唯一性,且对于三维角度偏转表达更为直接、客观,同时使得菲涅尔双棱镜三维测角法适用于更大的测角范围。最后,通过仿真计算验证了这种建模方式的正确性。     

高精度轴对称非球面反射镜轮廓测量方法（特邀）

为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量,建立了非球面测量轨迹的数学模型,提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构,有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响;测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统,保证测头精度的同时更有利于实现复杂面形轮廓的跟踪扫描运动;设计扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准的运动模块,实时跟踪扫描运动机构的位置信息,提高测头空间定位精度并使其测量值能溯源到“米”定义。搭建测量装置测试该方法的准确测量精度,试验结果表明,测量误差小于0.2 μm,重复性精度为70 nm,测量精度达到亚微米级。     

五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

五棱镜扫描检测具有结构简单、检测周期短等优点,可以实现大口径平面镜低阶像差的高精度检测,是指导大口径平面镜光学加工过程的一种有效途径。为使大口径平面镜检测系统中的五棱镜扫描技术更加完善,通过理论分析和计算模拟,对五棱镜检测系统中的主要误差源,包括五棱镜制造误差、温度梯度的影响、元件位置误差、光束定位误差、自准直仪测量误差等进行研究,形成了比较完善的误差分析的数理结果。计算结果表明,在当前实验室技术条件下,五棱镜扫描检测系统在单个测量点处的测量不确定度达到230 nrad,其中影响五棱镜检测系统测量精度的主要因素为自准直仪的测量精度与温度的影响。研究结果给出了工程实际中提高五棱镜扫描系统检测精度与减小测量误差的注意事项,并可用于指导系统设计时的误差分析及精度分配。     

利用动态偏置方法扩展LNA动态范围的理论分析及实现

本文提出了一种扩展LNA动态范围的方法——动态偏置,即根据接收信号的强弱动态地调节低噪声放大器(LNA)的偏置。文中从理论上阐述了此方法的有效性,并介绍了方法实现中所用到的三项关键技术,分别为:利用镜像电流源提供动态偏置电流,合理地设计匹配电路,利用自定义的优选函数选取恰当的偏置电流范围。实测结果表明,动态偏置LNA的噪声系数为1.46dB,输入三阶互调截止点(IIP3)为20.38dBm,无杂散动态范围达到99.29dB,相对于传统固定偏置的LNA,其动态范围提高了7.97dB,从而验证了动态偏置方法扩展LNA动态范围的有效性。     

基于镜像电流源与电压源偏置的功率放大器

为了进一步提高音响功放的工作稳定性和性能,可采用镜像电流源代替输入级、推动级的集电极负载电阻,能提高功放电路的电压转换速率,采用电压源代替输出级的偏置电阻,使输出级工作于甲乙类状态,有利于提高工作的稳定性,降低非线性失真,功放的性能得到显著提高。而采用镜像电流源与电压源组成动态偏置电路,使输出级在小信号输入时工作在甲乙类状态,大信号输入时工作在甲类状态,既具备甲乙类功放的高效率、低失真,同时又能扩展放大器的动态范围,进一步降低大动态失真,取得明显的效果。     

高精度测速设备动态目标模拟研究

针对基于动态目标模拟方法,检验和考核高精度测速设备性能,训练操作手的实战水平,提出了一种基于高精度测速设备理论弹道的动态模拟方案,通过对预先提供的理论弹道文件,进行插值、坐标转换和中频模拟等步骤,解算出理论弹道文件中包含的信号电平、多普勒频率和目标位置等信息,并据此产生中频模拟信号[1,2]。模拟信号作为动态模拟信号送给高精度测速设备,用于检验和考核设备性能,训练操作手的实战水平。利用理论弹道数据产生高精度测速设备的动态模拟数据,具有精度高、贴近实战的特点。     

目标姿态对RCS动态测量影响的研究

在测量动态目标RCS时,其测量数据存在着剧烈的波动,导致这一现象的主要原因是运动目标快速变化的姿态.文中利用动态目标的模型,模拟目标姿态变化对动态RCS测量数据的影响,最终通过计算仿真数据的不确定度对这一影响作定童化的分析.