基于TDC+STM32激光测距系统标定方法设计

针对基于TDC+STM32激光测距系统,设计了一种对测量结果进行标定的方法,以数据拟合算法为核心,采用串口发送接收,MFC处理等技术,通过采集大量的实验数据,并对数据进行拟合,得到参数用来对系统进行标定,使测距系统能实时反映目标距离值。     

库德光路光束指向稳定性分析

库德光路光束指向稳定性是保证激光测距机光轴指向精度的关键因素,通过坐标变换建立了一种可以从空间角度表征光束指向稳定性的动态方法,解决了大型激光测距机库德光路系统误差对光学系统影响的问题,将库德光路系统误差与光束指向有机地结合起来,以某地平式激光测距机为研究对象,建立了库德光路光束指向的动态误差模型。将CCD 固定在库德镜5 的安装接口处,并与图像采集卡组成图像采集系统,直接对库德光路激光光斑进行采集,获得了精度较高的光束指向动态误差数据。利用实测数据对光束指向的动态误差模型进行了最小二乘拟合,由此标定出了该设备库德光路光束指向的动态特性,为设备系统误差的修正工作奠定了基础。     

基于FPGA的高精度红外测温系统的研究与实现

针对红外测温系统测温精度受到环境影响大,拟合曲线和查找表法测量精度低和数据量大,难以在嵌入式系统中实现的缺点,提出了一种双多分段温度标定法,利用温度和灰度的对应关系.对温度和灰度首先进行分段标定,再分别进行多分段标定,并在FPGA上实现了该方法.经实验证明,该方法可以有效地克服测量精度低和数据量大的问题,再利用温度传感器对环境温度的监测进行相应的温度补偿,可减少环境温度引起的测量误差.     

基于星图匹配脱靶量标定的移动测站望远镜指向修正技术

目前，移动测站以其高机动性正逐步成为空间目标监测网络重要的系统组成，应用于空间目标的共视观测与精密跟踪。针对移动测站光电望远镜由于工况的不稳定性以及装调过程中存在的指向误差，文中提出了一种基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法。首先，根据编码器轴系定位筛选出定标星群并进行资料归算；其次，采用面向脱靶量标定的快速星图匹配算法识别出与测量恒星相匹配的定标星坐标，并作为理论位置；最后，将多颗测量恒星坐标带入脱靶量标定指向修正数学模型对望远镜的指向进行拟合与标定。实验结果证明：采集一组序列图像对光心指向进行修正，单帧图像的修正周期约为2.2 s，从第10帧后修正量基本趋于稳定。对全天区典型分布的一批子天区进行指向修正，指向误差均值由修正前的124.24″提高至4.97″，标准差从41.50″提高至4.76″。综上所述，基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法对于提高测站望远镜的指向精度效果显著，且该方法的修正过程与望远镜机架结构无关，因此也可适用于不同机架结构的望远镜指向修正。     

双CCD系统在三维面形测量中的应用

讨论了用于直升机着陆激光雷达地形测量系统的双目立体视觉方法,并利用双CCD系统实现了对激光器照射到固定目标表面上任意单点的三维空间坐标测量.首先应用最小二乘法对既定标定点三维空间坐标的测量进行了分析,提出了标定点列的优化原则;然后分析了正交约束条件对测距误差的影响,并建立了双CCD激光测距实验系统.理论分析和实验结果表明,选择经分布优化的标定点列和采用正交约束条件可以使目标点的各向测距误差在总体上得到优化,从而使得双CCD系统在近距测量中有较高的测量精度,适合于三维面形的测量.     

目标跟踪角度标定的单目法设计

提出一种动态目标随动的目标跟踪角度标定的单目方法,建立了单目跟踪角度标定的坐标转换体系,推导出坐标转换矩阵方程.理论分析与实验结果表明,该方法计算量小,精确度高且易实现.     

分段制造中大尺寸测量的关键算法研究

组建由激光跟踪仪和数据处理软件组成的计算机辅助测量系统.对分段制造中大尺寸构件的几何量信息进行评价.并对其中的激光测距系统进行横向和径向误差补偿.以半径约束最小二乘法解决了分段构件拟合信息不足的问题,提高拟合精度.用仿真和实际实验结果验证了该算法对噪声的鲁棒性增强.利用最佳适配算法将多站的测量统一到CAD全局坐标系下,并与CAD比较偏差.以隧道构件为研究对象,应用于隧道构件生产厂家质量控制中.     

方位双稳定转台伺服系统的设计与实现

提出一种方位双稳定转台伺服系统的设计方案及工程实现方法.主要工作原理是利用惯性导航信息和程序引导技术,实时调整转台方位指向目标的大地角度,实现对预定目标的实时、快速、准确指向,对于载体的扰动干扰利用捷联惯性传感器,在转台上实现一级稳定的方法来隔离,从而达到转台对目标的稳定指向.该伺服系统已在某军工项目中成功应用,经过环境鉴定试验、可靠性鉴定试验、整机电磁兼容试验、科研试飞验证,满足各项指标要求.     

大型反射面天线轨道不平度对指向精确度的影响

针对奇台110 m口径射电望远镜高指向精确度特点,在现有天线指向模型的基础上,推导了轨道误差源(轨道不平度)对指向精确度影响的关系模型。基于功率谱函数傅里叶级数系数归并法,建立了天线轨道不平度数学模型。针对国外某完全焊接式50 m天线,轨道水平度测量数据,通过实验数值仿真,采用查表法补偿轨道不平度造成的天线指向误差,使俯仰角误差精确度提高了1.5″,对高指向精确度天线实现的研究提供了有力支持。     

红外成像测量系统稳定跟踪设计

为实现对快速飞行目标的稳定跟踪,必须提高红外测量系统的实时信号处理速度和伺服系统闭环控制跟踪精度.因此,在新型红外成像测量系统设计中,提出了采用了DSP高速图像处理,双边缘跟踪等方法,提高系统成像跟踪处理器快速性和系统带宽等性能.提出伺服系统采用速度滞后和加速度滞后补偿,构成等效复合控制的方法,解决了红外跟踪器图像传输的滞后时延对系统跟踪精度的影响.实际应用表明,红外成像测量系统稳定跟踪能力大大提高.     

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。     

高能激光武器的跟瞄精度要求分析

从高能激光武器的跟瞄精度要求与激光武器发射的激光束传输到目标处时的角发散量间的关系出发,导出了高能激光武器跟瞄精度要求的数学表达式,并据此分析了目标的远近、大气湍流的强弱和系统的性能参数等对跟瞄精度要求的影响,给出了一些情况下跟瞄精度要求的计算结果。     

一种新型的大气传输光通信APT系统研究

根据实际应用中对机动式大气传输光通信的要求，提出一种新型的大气传输光通信APT系统方案。以小波变换作为对通信对象红外目标进行检测识别的算法，搭建了基于FPGA和DSP的红外信号处理和伺服控制的硬件智能控制平台，将目标的捕获和图像的处理与伺服控制、精密机械传动等为一体形成大气传输光通信捕获、扫描和跟踪(APT)系统。该系统在FPGA上实时检测通信对象，通过DSP实现ATP算法的控制，由伺服精密传动系统实现扫描、捕获与跟踪。     

提高声光偏转器空间分辨率的方法研究

由声光偏转器件（AOD）和四像限探测器（QD）组成的闭环光束跟瞄系统与以往的快速反射镜（FSM）和四像限探测器组成的跟瞄系统相比，具有带宽高、功耗低、重量轻、体积小、重复性好和控制简单可靠等优点。然而，随着控制光束偏转的超声波频率变化的加快，单声光偏转器件（SAOD）的空间分辨点数会随之下降，影响光束控制的精度。提出了一种新型的快速、非机械、高精度光束偏转方法，采用二级声光偏转器件（DAOD）进行光束控制，与一级声光控制器相比具有更快的光束控制速度，更高的空间分辨点数和更宽的扫描范围，可以显著提高光束跟踪的速度和精度。同时还提出了一种求静态和动态分辨点数的方法，并与实验数据进行了比较、分析。     

摆镜式激光通信终端光束指向与粗跟踪特性

基于两正交旋转轴的单平面镜（摆镜式）激光通信终端的粗跟踪问题,提出了一种求解光束指向的法矢量求解算法,给出了该类型通信终端的粗跟踪算法。采用矢量反射定律和矩阵旋转变换规律,理论推导了摆镜的光束指向模型和跟踪模型,对比分析了不同安装方式对光束指向和畸变的影响,并对模型分别进行了建模仿真和实验研究。结果表明:光束传输模型和粗跟踪模型的精度优于3 μrad,所研制的摆镜式激光终端粗跟踪精度,最大误差优于15.5 μrad (3σ),均方根误差优于10.5 μrad,满足激光通信终端对高精度粗跟踪的技术要求。该研究工作对摆镜式扫描系统的光束指向分析和激光终端粗跟踪具有借鉴意义。     

干扰条件下反舰导弹导引头伺服系统研究

反舰导弹导引头伺服系统对于目标搜索、目标跟踪和目标参数测量起着重要作用,它的精度直接影响反舰导弹制导精度.首先根据导引头伺服系统结构,在干扰条件下对导引头角稳定回路、角跟踪回路和角预定回路进行分析,建立导引头伺服系统数学模型;为提高导引头抗干扰能力,在角跟踪回路中引入Kalman滤波器,通过滤波可以为系统提供精确的目标数据;然后结合工程实际,构建导引头伺服系统的Simulink控制模型,并进行动态仿真;最后得到系统的动态响应结果.仿真结果表明,该方法可以有效提高导引头的响应速度和跟踪精度,为反舰导弹雷达导引头的工程设计提供了科学依据.     

星载激光目标指示器光学系统研究

介绍了星载激光目标指示器的总体方案,利用遥感成像分系统与伺服分系统对目标进行图像跟踪,由激光发射系统对目标实施激光指示。对遥感成像分系统的工作波段、系统焦距、口径、积分时间和视场等关键参数进行了优化选取,对激光发射系统的工作波长、脉冲宽度、峰值功率、束散角和指示精度等进行了分析。并开展了遥感成像分系统与激光发射分系统的光学系统设计,设计结果表明,分系统设计能够满足指标分配要求,具备实现的可能,总体设计能够满足星载激光目标指示器在500 km轨道高度,对中等大小舰船进行激光指示的功能需要。     

A novel method to improve spatial resolution of acousto-optic deflector

In mobile atmosphere laser communication,the fastand accurate beamsteeringis one of the key techniquesfor acquisition,tracking and pointing(ATP) of laser sig-nals .Compared with the normal loop-locked trackingand pointing system composed of fast steering …     

裂像镜在激光测距机离焦检测中的应用

为了减小探测器离焦问题对激光测距系统的影响,设计了一种基于裂像镜的主动型测距机探测器装调系统。首先,分析了裂像镜的成像原理,并对其检测精度进行了理论分析,构建了裂像离焦数学模型;其次,针对影响检测的误差因素,给出了不同取值下的误差曲线,得到了检测精度影响的变化趋势;最后,设计完成理论样机并进行实验验证。实验结果表明:理论样机在离焦量为0~6 mm时,检测精度可以达到0.07 mm, 较为接近理想值,且离焦量越小离焦检测精度越高,符合装调测量习惯。该离焦检测系统为非成像型光电探测器装调提供了一种新方法,能够进一步提高激光测距系统的测量精度。     

Experiment study of ATP system for free-space optical communications

To meet the requirement of high tracking angular accuracy for the acquisition, tracking, and pointing (ATP) subsystem of the free-space optical communication, and provide the basis for the further optical communication between maritime mobile platforms, the experimental system, which executing part for the fine tracking is voice coil motor with high frequency and good performance for error compensation, is established, and the whole system can be controlled by personal computer. A series of experiments has been done for the simulation target of different uniform speed, and the data of tracking error for fine tracking and coarse tracking are collected, analyzed and evaluateds separately, and the real-time optical power of communication laser is also collected. The result shows that standard deviation for ATP system tracking error increases with the increase of target speed, while the range of tracking error appears to be no order. Furthermore, communication link can be hold for a long time.