太阳敏感器测量坐标系与立方镜转换矩阵的标定（重投）

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵标定的方法。该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台,对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定。然后利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定,最后以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系。实验结果表明两坐标系转换矩阵的标定精度优于4(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求。该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值。     

测绘相机立方镜与星敏立方镜转换矩阵的标定

传输型立体测绘卫星利用测绘相机进行摄影测量时,需要确定测绘相机在惯性坐标系中的姿态。确定姿态时,首先由星敏感器测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿态,然后通过星敏测量坐标系与星敏立方镜的转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的转换矩阵,得到测绘相机测量坐标系在惯性坐标系中的姿态。文中介绍了各坐标系的定义,根据星敏立方镜与测绘相机立方镜坐标系的关系,利用4台经纬仪测量系统分别建立星敏立方镜和测绘相机立方镜的坐标系以及2坐标系间的转换矩阵,介绍了2个立方镜坐标系的标定方法,多次测量结果表明,最大标定误差为1.0116\",优于2\"(1σ),满足立体测绘精度的要求。     

测绘相机坐标系与立方镜转换矩阵的标定

介绍了一种测绘相机坐标系与立方镜之间关系的标定方法。对两坐标系的转换矩阵、标定方法和标定精度进行研究。推导了两坐标系的关系,建立了坐标系间的转换矩阵。利用高精度二维转台、0.5″经纬仪和平行光管完成了测绘相机与相机立方镜坐标系之间的角度测量。最后,对标定精度进行了分析。误差分析结果表明:该方法的标定精度优于2″(1σ),可以满足测绘相机坐标系与立方镜转换关系的标定要求,具有实用价值。     

太阳敏感器测试用运动式LED太阳模拟器研究

为了解决装星后的编码式太阳敏感器的测试问题,提出了一种具有运动功能的LED太阳模拟器,利用白光LED模拟太阳光信号,利用运动装置模拟太阳光矢量信号。介绍了太阳模拟器结构组成与工作原理,着重研究了太阳光和太阳光矢量的模拟方法。由辐射功率计算确定所需LED数量,根据斯派洛判据确定LED线性阵列间距,利用矩阵法计算了柱面镜的光学参数,借助Lighttools软件进行仿真分析。根据敏感器结构和功能要求确定了由超声电机、双摇杆机构、安装支架、编码器组成的运动装置,并对装置的矢量调整精度进行了分析。实验结果表明,研制的太阳模拟器工作距离50 mm处的辐照光斑50×10 mm、辐照度高于393 W/m2、辐照不均匀度优于±7. 3%,能够模拟实现-13°、0°、38°3种太阳矢量角,模拟精度优于±0. 008 3°,满足太阳敏感器测试要求。     

船载高精度星敏感器安装角的标定

星敏感器测量船体姿态精度与星敏感器与甲板之间的安装角标定精度密切相关。本文介绍了船载星敏感器的相关坐标系及安装角的定义,建立了船载星敏感器蒙气差修正模型,提出了一种船载高精度星敏感器安装角标定方法。船进坞坐墩时,船载经纬仪通过拍摄方位标确定航向,星敏感器通过星图识别获得视场内星点的赤经、赤纬,构成地心惯性系参考矢量,经岁差、章动、极移、船位等修正,得到各恒星在惯导地平系下的参考矢量。然后,根据蒙气差模型对星点逐个修正俯仰角,重构惯导地平系下的参考矢量。最后,依据姿态确定算法原理,解算星敏感器安装矩阵,求解安装角。实验表明,使用该方法可使方位角、俯仰角的标定精度达10\"以内。该方法有效发挥了星敏感器指向精度高的优点,改善了程序自动化程度,提高了船体姿态测量精度。     

基于MEMS的数字式太阳敏感器光学系统设计

从标量的菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立基于圆孔结构的数字式太阳敏感器光学系统成像模型,在计算机上实现光学系统的数值仿真,并根据数值仿真的结果进行光学系统参数的设计。针对所设计的光学系统,利用太阳模拟器完成了地面实验,实验结果表明,光学系统设计合理,能满足微小卫星对敏感器小型化、高精度的要求。     

高精度星敏感器天文标定方法及观测分析

提出了一种利用天顶观测来进行星敏感器标定的新方法。将地球当作均匀转动的转台,由一较精确的时钟代替刻度盘,用相对地球静止的星敏感器对天顶邻域进行观测。把星点作为目标,让其匀速扫过视场,建立星点坐标和对应恒星像点坐标的数学模型,求出位置传递函数。此方法简单、方便,标定精度高。通过实际星空观测,对连续拍摄的2037幅星图进行标定计算,每幅星图的积分时间为80ms。实际观测星在α与δ方向上的标定误差分别为7.2672″和6.9220″,系统总的标定误差为10.0362″。利用标定结果对连续拍摄的星图进行识别,得到星敏感器光轴指向误差为4.8462″,标定结果比较理想。     

应用非线性优化算法自主标定星敏感器

考虑传统的星敏感器标定方法忽略了星敏感器的畸变与光学参数之间的相互作用而引入的额外误差,提出了一种基于非线性优化的星敏感器自主标定算法。该算法首先忽略星敏感器畸变的影响,构建目标函数,利用LevenbergMarquardt非线性优化算法优化星敏感器的光学参数;然后,将得到的光学参数估计值作为理想值,通过线性最小二乘法估计相机的镜头畸变系数;最后,将前两个步骤获得的参数作为初始值,构建目标函数,利用Levenberg-Marquardt算法同时优化光学参数和畸变系数。开展了仿真实验研究,并与最小二乘法和Samman法的标定结果做了对比,结果表明:提出的方法能够很好地实现星敏感器的自主标定。在同等测试条件下,文中算法获得的最大残差为0.015pixels,精度高于其它两种标定方法两个数量级。星敏感器外场实验还表明,提出的优化方法有效提升了星敏感器的性能。     

星上敏感器空间矢量自准直测量方法及标定试验

针对星上敏感器测量坐标系高精度标定的需求,提出一种空间矢量自准直测量方法,采用光电自准直经纬仪、卫星转台、基准镜阵列和坐标平移系统等,实现立方镜镜面法向矢量之间夹角的高精度自动化测量。给出空间角测量模型,基于误差传播原理推导出误差模型,并证明不确定度上限;仿真分析传感器精度对空间角测量误差的灵敏度,并在此基础上进行误差分配;设计并研制星上敏感器空间矢量自准直测量系统,对光电自准直经纬仪的转角精度、两轴垂直度和整个系统的空间角测量精度等进行试验标定;结果表明,光电自准直经纬仪转角精度优于0.6″、两轴垂直度优于0.2″,空间角测量精度优于3″,验证所提出方法的有效性、误差分配的合理性和设计方案的可行性,可为高精度星上敏感器的自动化测量标定系统的开发和应用提供参考。     

精指向自解锁星载太阳指向器设计与应用

介绍了风云3号(FY-3,C星)太阳辐射监测仪采用的自主设计的精指向自解锁星载太阳指向器。该指向器是一个绕双轴旋转的指向平台,其由驱动单元、执行机构、编码器、太阳敏感器等实现主动例行工作与被动冗余相结合的在轨太阳指向策略。为避免运输、发射等过程的冲击振动对其性能及寿命影响,指向器具有自由度锁止及释放功能,可以实现发射前的自由度锁止及入轨后的自由度释放。文中给出了指向器的结构组成、指向精度设计过程以及寿命实验结果。FY-3(C星)于2013年10月成功发射,太阳辐射监测仪的太阳指向器入轨后成功解锁,目前为止已经在轨连续运行17个月,在轨指向精度为±0.05°,其承载的太阳辐射监测仪获取了大量高精度有价值的太阳辐射数据。该精指向自解锁星载太阳指向器可为未来风云系列及其它卫星载荷指向机构设计提供应用基础。

     

一种六维轮力传感器标定分析

针对汽车六维车轮力传感器数值解耦精度不高的问题,设计了标定台架,并对一种新研制的六维WFS进行了标定和解耦,以评估该传感器的性能并研究和完善高精度的解耦方法。讨论和分析了六维WFS的测量原理和解耦理论,通过多向组合加载的方式,获得了传感器各通道对多维耦合力的响应,利用最小二乘法解耦得到了传感器的耦合系数矩阵;并对耦合系数矩阵和耦合率矩阵的特征进行了讨论。研究结果表明,采用多向组合加载结合最小二乘法进行解耦,解决了试验中难以精确施加纯单向力或力矩的困难,能使六维WFS具有更高的测量精度。     

Pressure sensor matrix for indirect measurement of grip and push forces exerted on a handle

To date, a large part of workers is exposed to vibrations (23% in Europe) which can negatively impact on their health. This work discusses the importance of measuring grip and push forces in the context of hand-arm vibration tests, bearing in mind the state-of-art of current standards. It proposes a method for indirect measurement of coupling forces using a matrix of polymeric pressure capacitive sensors and discusses the model used for defining these quantities. The matrix of pressure sensors is wrapped around the tool handle and the acting forces, exchanged with the handle, are derived from the pressure values measured by the matrix. Calibration is presented and the effect of curvature is discussed. The work continues with the experimental validation of the model proposed for push force measurements carried out through lifting tests using known masses with a cylindrical handle. An experimental correction coefficient is defined in correlation to the type of grip. The method for measuring the push force, thus corrected, is assessed by means of push force tests on an instrumented handle. Finally the experimental data are analysed in order to assess the uncertainty of the proposed method for measuring the push force, highlighting the contribution of the different sources of uncertainty. The proposed measurement method allows to measure the push and the grip force (known influencing quantities for the measurement of the hand-arm vibration) during tool test and without modifying the handles.     

Spatial filtering characteristics of electrostatic sensor matrix for local velocity measurement of pneumatically conveyed particles

The accuracy of local particle mean velocity measurement with spatial filtering method based on an electrostatic sensor matrix (ESM) is closely related to its sensitivity and spatial filtering characteristics. In this paper, the three-dimensional electrostatic field generated by a point charge in the sensing zone of the ESM is solved by using a finite element method to obtain the spatial sensitivity distributions of the ESM. Further a dimensionless calculation model for the sensitivity of the ESM is suggested based on a Cosine function. The numerical results demonstrate that the spatial sensitivity has a periodic distribution along the axial direction and its spatial periodicity is determined by the axial spacing between two adjacent electrodes. The sensitivity over the central cross-section is localized. The spatial filtering characteristics of the ESM are also investigated and verified by experiments on a gravity-fed rig. These results provide a basis for the optimized design of the ESM.     

HMP45D温湿度传感器的维护及校准

温湿传感器是用来同时测量空气温度和相对湿度的。由于传感器的测量部分经常与空气中的灰尘和化学物质接触，使传感器在某些环境下产生漂移.而仪器的电气参数会随时间的推移、温度变化以及机械冲击而产生变化，因此传感器需进行定期维护和校准。     

超静定六维力传感器静定测量模型及标定方法

针对一种预紧式超静定Stewart结构六维力传感器,通过综合考虑传感器的整体刚度和分支杆变形的位移协调关系,以简洁的解析表达式推导得到了包含中间预紧分支作用的广义外力与6个测量分支轴向力之间的全映射关系,建立了超静定六维力传感器的静定测量模型,并提出一种超静定六维力传感器的静定标定方法,进行了标定实验及测试研究.研究内容为解决超静定并联式结构的六维力传感器受力分析提供了新的途径,同时为超静定结构六维力传感器的标定研究奠定了理论和实验基础.     

Coupled distance sensor systems for high-accuracy topography measurement: Accounting for scanning stage and systematic sensor errors

Scanning topography measurements using systems of coupled distance sensors suffer from the presence of scanning stage and systematic sensor errors. While scanning stage errors can be estimated for suitably-designed sensor systems, it is usually not possible to simultaneously estimate both scanning stage and systematic sensor errors. Additional angular scanning stage measurements can solve this problem, and potentials and limitations of such a proceeding will be assessed.It is shown that perfect topography reconstruction can be achieved in the presence of systematic sensor and certain scanning stage errors provided that the measurements are noise-free and no further systematic errors emerge. In general, the topography is reconstructed by the application of least-squares, and the uncertainty associated with the reconstructed topography is derived. Resulting topography accuracies are evaluated for different noise levels of the distance sensor and angular scanning stage measurements, and practical considerations are discussed. The gain in accuracy due to accounting for scanning stage and systematic sensor errors can be large, and high accuracies can be reached.     

温湿度传感器检定装置对比实验与分析

合理选取HMP45D温湿度传感器的检定装置对提高校准质量、节约校准成本具有重要意义。文中基于本单位现有的4台温湿度检定装置,通过大量的对比实验,分析了不同装置对HMP45D温湿度传感器校准质量的差异。结果表明：恒湿盐湿度发生器和DJM10型湿度检定箱具有较高的性价比,适合作为HMP45D温湿度传感器的检定装置。具体来说,恒湿盐湿度发生器适合HMP45D温湿度传感器的现场校准工作,而湿度检定箱更适合完成室内校准任务。