遗传算法在偏振态控制中的应用

为克服基于梯度算法偏振控制器的局部收敛和附加复位问题，提出了基于遗传算法的偏振态控制算法.将该算法应用于波片快轴0°、45°交替定位的四波片延迟量控制型偏振控制器中，研究了经该算法反馈控制后偏振控制器的输出偏振态光强变化和波片相移特性.仿真结果表明，基于该算法的偏振控制器能将任意输入偏振态转换为固定的线输出偏振态，输出偏振态的光强波动小于2%.该算法能控制波片相移在限制范围内作小步长变化，可消除波片偏压突变引起附加偏振态波动.     

透射式位相光栅矢量衍射特性的实验研究

实验研究了透射式全息位相光栅的矢量衍射特性,实验结果表明当光栅常数接近或小于入射波长时,等光强的P、S偏振光入射,其各级衍射光强明显不同.经分析得知这种偏振依赖是由两方面的因素引起：玻璃基底的影响和光栅本身的矢量衍射特性所致.用时域有限差分方法（FDTD）模拟了光与位相光栅的相互作用,结果表明光栅本身的偏振依赖是由矢量衍射中P、S偏振光在光栅中形成的相对位相延迟不同引起的.     

电磁矢量传感器取向误差自校正方法

采用子空间方法研究了基于发射天线旋转的信号波达方向估计和取向误差自校正方法．利用一个到达方向未知的信号源,将校正过程中信号源发射天线绕z轴和x轴以90°进行两次坐标旋转,待校正电磁矢量传感器阵列分别接收和这3个到达方向有一定关系的发射信号,根据子空间理论并利用坡印廷矢量间的关系估计信号源到达方向和阵列的取向误差矩阵．该方法仅需要一次特征分解,不需要搜索运算和参数配对运算,计算量小,计算精度高．由实验结果可看出,校正后的参数估计值与真实值吻合得很好．     

五轴数控机床运动误差建模与测试技术

针对双轴旋转工作台五轴数控机床,运用齐次变换矩阵建立了机床运动误差模型,并得到了相应的简化模型.为了测量双轴转台五轴数控机床的运动误差,提出一种基于双球杆仪的五轴机床运动误差分离方法.此方法通过控制数控机床的运动,使机床的任意1个旋转轴与2个直线轴构成三轴联动而另外2个轴保持静止,据此设计了6种机床运动轨迹来测量误差.在测量过程中采用双球杆仪来测量主轴与工作台之间的相对距离,将所测特定位置处的长度值代入误差模型即可得出机床的运动误差.该方法大大简化了数学模型的计算和误差分离的整个过程.仿真分析表明:此方法可以精确地分离出五轴数控机床的旋转工作台的所有8个运动误差,是一种非常有效而简便的五轴数控机床运动误差测量方法.     

分孔径全斯托克斯测量仪中元件参数的分析

为了分析分孔径全斯托克斯测量仪中元件参数设置对目标测量结果的影响,比较分析相位延迟量分别为90°和132°时,方位角(-45°,0°,30°,60°)和(-51.7°,-15.1°,15.1°,51.7°)参数下装置的3个品质因数,并仿真该参数装置下波片相位延迟量变化为±2°时,对测量结果的影响。结果表明,测量结果的误差与波片快轴方位角的分布无关,与波片相位延迟量有关;波片相位延迟量为132°的装置优于90°的装置,当误差为±2°时,线偏振(S_0,S_1,S_2)的平均误差由1.586%降为0.693%,下降了56%,全局(S_0,S_1,S_2,S_3)的平均误差由1.2%降为1.03%,下降了14%。     

基于偏振散射特性的仿生植被识别方法研究

为了研究仿生植被涂层的检测问题,从电磁波的偏振特性出发,研究了平面单色波的斯托克斯矢量与空间几何参数和相位参数之间的几何含义,利用偏振椭圆及其几何参数建立了物理模型,结合电场矢量方程,得到了被测量样品表面的振幅比(K)、相位延迟(δ)和偏振度(P)。分别通过7个不同的测量角度对樟树树叶和3种绿色仿生涂层进行实验,利用测量数据分析了4种物质表面的偏振散射特征,最后应用菲涅尔方程验证理论模型。     

基于偏振技术的水下探测器光学系统设计

为了实现探测水下物体并区分材质的需求,研制了一套水下激光偏振探测设备,并设计出光学系统。偏振度是通过光学方法区分物体材质的重要参数之一,只要已知被测物体反射光的Stokes矢量,就可以求出偏振度。光学系统中共有两种方法来实现对Stokes矢量的测量:在焦面放置光电二极管直接测光强,或者放置CCD成像,通过分析图像灰度值得出光强信息。结合技术指标,在Zemax软件中运用小像差互补原理,优化设计了具有良好成像质量的光学系统。设计结果为焦距109.9mm,视场为5.2°,F数达到2.1,满足光学系统指标要求并且可以实现高精度的测量。系统仅使用5片球面透镜,结构简单紧凑,易于加工制造。将该光学设备加工出来,进行了简单的实验,证明了该光学系统的可行性。     

椭圆偏振仪测量误差的修正

为了消除单波长消光椭圆偏振仪测量薄膜光学参数的测量误差,从椭圆偏振仪的测量原理和方法分析了椭圆偏振法测量薄膜折射率和厚度可能的误差来源.表明对测量结果影响比较大的是起偏器P的零点误差δp和1/4波片偏离45°的数值误差δ2,给出了消除误差的方法.用椭圆偏振仪进行了测量实验,对测量结果进行了系统误差修正,修正比可达到1.7%.     

磁强计阵列测量一致性校正

为了有效解决磁强计阵列由于轴向不一致引起的误差对测量精度造成的影响,搭建由4个磁通门磁强计构成的阵列,利用欧拉旋转矩阵对其进行一致性校正。针对磁强计自身存在的非正交、刻度因子、零偏等误差影响因素,构建九参数校正系数矩阵对磁强计的磁场测量进行非正交补偿校正,得到理想正交的三分量磁场测量值。在此基础上选定测磁阵列中的参考磁强计,对待校正磁强计进行横倾、俯仰、方位3种姿态变换建立欧拉旋转矩阵,构建九参数一致性校正模型。并把参考磁强计与待校正磁强计置于无磁转台上进行实验验证。实验结果表明,经过磁强计测量误差补偿校正后,磁场测量均方根误差在10 nT以内,经过一致性校正后,各轴测量角度误差在0.01°(4.22 nT)以下。说明经过校正后磁强计阵列中不同测量点的磁强计磁场测量值可以很好地投影到基准磁强计的坐标轴上,并且可以正确放映测量点的磁场信息,具有很高的可靠性。     

仅使用偏振片精确测量偏振态

提出仅使用偏振片进行偏振态精确测量的方法,相对传统偏振态测量方法,本方法所需装置简单、操作简便,且不仅可以测量一束光的整体偏振态,还可以测量光束截面的偏振态分布.通过旋转1片偏振片,测量透射光强,测量除圆偏振光和自然光以外的任何种类偏振光.如需区分圆偏振光和自然光,则需增加1片非理想偏振片于第一片偏振片之前,此时圆偏振光经过非理想偏振片变成椭圆偏振光,而自然光变成部分偏振光,然后重复上诉方法即可区分椭圆偏振光和部分偏振光.这种测量偏振态的方法非常适用于光刻系统中,不仅节省光刻系统中偏振检测系统的成本,也提高检测精度和实用性.     

一种新的雷达方位系统误差监测估计方法

针对现有的雷达方位系统误差校正方法使用条件有限、精度有限等问题,提出一种基于合作目标定位数据的雷达方位系统误差在线监测估计的方法。该方法利用二次雷达能够识别合作目标且机载导航系统能够提供高精度的定位信息的原理,对地面雷达进行方位系统误差的实时监测和在线估计,以保证雷达情报的连续性和准确性。实验结果表明,该方法能够在雷达工作过程中检测并快速估计出雷达方位系统误差,具有很好的实用价值。     

基于高斯牛顿迭代的MIMU误差参数辨识

为了减小微惯性器件在制造和安装过程中出现的误差对微机械惯性测量单元(MIMU)测量精度的影响,对MIMU进行了误差参数辨识.介绍了一种新型的MIMU误差参数描述数学模型(包括零偏、灵敏度、圆锥角和方位角),提出了一种基于高斯牛顿迭代的适用于该误差参数模型的寻优方法,并利用实验室高精度转台完成了相关的参数辨识实验.仿真结果表明,与传统标定方法相比,该参数标定可以有效提高MIMU的测量精度,具有一定的实用价值.     

基于光电扫描的工作空间测量定位系统误差分析

为研究工作空间测量定位系统的误差传递特性,建立了单发射站方位角/俯仰角测量模型及双发射站单元坐标测量模型。提出了以扫描角测量误差为基础的精度评价方法,通过分析扫描角与方位角/俯仰角之间的测量误差传递关系优化了激光发射站的几何结构。推导了双发射站单元坐标测量误差传递函数,并通过对坐标测量误差空间分布规律的分析求出了双发射站单元的最佳测量位置。使用两台发射站测量了某大型夹具顶端平台的位移,并通过与激光跟踪仪进行数据对比验证了所得结构。实验结果表明,当扫描角测量误差控制在5″以内时,双发射站系统可在5m×5m×3m的空间内实现优于0.25mm的精度。     

非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).     

非球面Ronchi检测的误差分析

为了较高精度地检测大型非球面面形,需要分析检测装置对测量误差产生的影响。基于Ronch i检测法,将正弦光栅代替Ronch i光栅应用在非球面反射镜的检测上,采用同步相位探测技术和几何原理获得所有被测点的面形偏差梯度信息,然后利用区域波前重构法恢复面形偏差,进而重建被测面形。利用此方法首次分析了叠栅条纹图、非球面度、光栅对比度对重建被测面形的影响。数值结果表明,条纹图的重叠和光栅的对比度均对非球面的检测精度有影响,重建面形误差随着被测面形非球面度的增加而增大。对测量误差的分析可为Ronch i检测装置的设计提供有效、可靠的依据。     

五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差（PIGEs—Position independent geometric error）是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头-转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(DBB-Double ball bar)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示：十项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。     

圆光栅偏心对仿真转台角位置精度的影响

为了满足仿真转台角位置精度的指标要求,减小圆光栅安装偏心引起的角位置误差,本文提出了运用最小二乘拟合对该误差进行修正的方法。首先介绍了仿真转台的工作原理并给出了角位置精度的技术指标,然后理论分析了圆光栅安装偏心引起的测角误差与转角的规律,运用最小二乘拟合对测角误差进行修正。通过对比,修正后的测角误差明显小于修正前。结果表明,最小二乘拟合方法能够有效地修正圆光栅安装偏心带来较大的测角误差,使得角位置测量精度满足±4″指标要求。     

水泵转子径向圆跳动检测数据修正

针对应用千分表和电涡流传感器进行水泵转子径向圆跳动检测时,检测结果出现正弦变化规律的现象,分析了安装偏心误差对检测结果的影响原理,建立了相应的数学模型.运用最小二乘拟合法计算出变化曲线的幅值及初相位,从而消除偏心误差实现误差分离.结果表明,当将所提方法应用在水泵转子径向圆跳动检测的工程实践中时,可以有效消除安装偏心引起的误差,从而提高检测精确度.拟合平方和误差约为0. 000 9,所提方法可以广泛应用于轴类工件的检测实践.     

基于星模拟器综合误差的星点修正方法的研究

对静态星模拟器的工作原理及星点位置误差的计算方法进行了研究,提出了一种新的星点位置的修正方法。利用这种修正方法能够在现有基础上提高星模拟器的模拟精度,有效降低对静态星模拟器光学系统设计的要求,减小星模拟器综合误差对星模拟器精度的影响。通过实验证明,修正后的星点误差均优于10″,可用于高精度星敏感器的地面标定。     

坐标转换在移动用户行为识别中的应用

为了降低手机放置位置对移动用户行为识别的影响,提出了一种坐标转换的方法,将手机加速度传感器所获取的加速度信号通过方向传感器从手机坐标系转换到方位坐标系,使用蚁群算法对转换前后各坐标系的加速度信号进行特征优选,利用神经网络分类器对移动用户行为进行识别.实验结果证明,该坐标转化方法减少了重力加速度和手机放置位置对加速度信号的影响,有效提高了移动用户行为识别的准确率.