某雷达方位角测量系统误差分析及实验研究

雷达方位角测量系统是雷达结构设计中重要工作内容之一。本文介绍了雷达方位角测量系统的原理和组成,并对测角系统进行误差分析与计算,最后对测量系统进行试验。试验结果表明:某雷达的方位角测量系统设计合理。本文的工作可为雷达方位系统的设计提供计算分析依据。     

双轴跟踪装置方位角齿轮传动系统接触强度分析

设计了一种内置式碟式太阳能方位角跟踪装置,建立了其方位角齿轮传动系统的UG三维模型,分析并确定了相应的约束条件及风载作用下系统的载荷,基于ANSYS Workbench仿真环境对齿轮传动系统进行了有限元分析,得到了齿轮传动系统的整体应力分布状况及其他重要特性,并用赫兹理论进行了验证。结果表明:通过有限元分析该齿轮传动系统最大应力为408.29 MPa且出现在惰轮齿轮啮合处,在齿根过渡曲线附近也存在明显应力集中,而蜗轮蜗杆所受应力波动较大,并利用赫兹理论对齿面接触强度进行分析计算并对有限元结果进行了验证。所作研究为双轴跟踪装置齿轮传动系统的设计及动态分析提供了一定的参考和依据。     

利用偏振光实现空间方位角的快速测量

为了实现上下不同平面内仪器方位角的快速测量,基于磁光调制和偏振分束构建了一种角度测量系统.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出了系统的测角模型,并采用“差除和”的办法消除光源波动以提高测角精度.分析了渥拉斯顿棱镜的两路光信号透射比与入射角、方位角的关系及其对测量结果的影响,讨论了由双光路光电器件的光信号衰减、器件漂移和电路性能的不同带来的增益差异与测量结果的相关性.最后,提出了采用磁光调制的方法来消除两路信号的透射比系数和增益系数的差,从而提高仪器测量精度.实际系统测量实验表明:系统完成测角时间为15 s,在+8°～-8°内测角精度优于5″.结果显示该系统具有稳定性高、测角速度快、精度高等特点.     

汽轮机叶片静态频率测量实验系统设计

以STM32F427单片机为核心,设计开发了基于单片机的低成本汽轮机叶片静态频率测量实验系统,阐述了系统整体设计及单片机硬件设计与软件开发,对实验平台的特点进行了描述。实践表明,新的测量实验系统简化了传统的叶片静态频率测试方法,让学生能够独立完成实验,使学生专注于理解实验原理,验证叶片连接刚性、叶片长度等叶片状态改变时对自振频率的影响。     

机载光电跟踪测量设备的目标定位误差分析

光电跟踪和测量设备用于测量飞行器在空中的飞行轨迹,作为飞行器飞行性能的评价。随着现代技术的发展,对飞行器性能提出愈来愈高的要求,从而也对跟踪和测量飞行器飞行轨迹的光电跟踪和测量设备提出了相应的技术进步要求,特别是对其测量精度指标。如何做好和完善误差分析、误差分配和误差综合,成为研制更高性能的光电跟踪测量设备总体设计中的一个重要问题,贯穿从可行性论证、方案论证、方案设计、设计、制造、装调、直到试验等整个研制过程。就这一类设备中最为复杂的机载光电跟踪测量设备的目标定位误差(即3轴上的测量误差),通过建立从被测目标到地面中心测量站9个坐标系,进行31次线性变换,构造35个变量的统一测量方程;进行测量误差因素的分析和分配,以及用蒙特卡洛法来分析和计算系统的目标定位误差。     

光电稳定跟踪装置的控制系统设计

给出了一类光电稳定跟踪装置的框架伺服控制方案,重点研究了速率稳定环的设计过程,使用dSPACE半实物仿真系统进行了速率回路开环特性的模型辨识和高阶滞后超前控制器设计,对于数字化频率特性测试时产生的相位滞后现象进行了理论推导,并提出了相位补偿公式.对于经典控制器可能遇到的精度不足的问题,介绍了相应的非线性补偿方法.针对伺服系统的位置跟踪环和速度稳定环在频域存在的耦合现象,深入分析了产生频域耦合的原因和相应的解耦设计方法,提出了此类系统位置跟踪环和速度稳定环的理想设计模型.在此基础上讨论了姿态干扰隔离度的概念,推导了隔离度的计算公式.对系统工作过程中可能遇到的5种典型情况进行了仿真试验,仿真结果验证了有关概念的正确性.     

激光跟踪伺服系统设计与误差分析

三维伺服机构在柔性坐标测量系统中占有极重要的地位，在分析了其它激光跟踪机构的基础上，提出了一种匠独立式三维跟踪机构，详细论述了它的工作原理，同时也对伺服机构的加工误差，安装误差，伺服电路控制误差等进行了分析，实验证明了伺服转镜机构工作性能可靠，测量误差小，结构简单，容易控制。     

激光跟踪运动物体空间坐标测量系统研究

基于激光跟踪干涉测量法建立的柔性三坐标测量系统能够有效地解决运动物体 (如机器人手臂、数控机床刀具 )空间位置测量 ,并且有望获得高的精度。讨论了球坐标法激光跟踪干涉动态测量 ,给出了测量原理和系统构成 ,建立了数学模型和实验。     

激光跟踪测量系统研究

介绍了激光跟踪测量系统的结构.分析了激光跟踪测量系统利用目标反射镜和转镜的配合实现跟踪的原理,利用球坐标系、干涉测距实现坐标的原理,并对系统测量误差的产生原理及防止误差的方法进行了讨论,最后对激光跟踪测量系统的发展趋势做了展望.     

面向激光跟踪测量的大范围高精度姿态测量

针对我国高端制造业对高精度空间六自由度测量系统的迫切需求,提出一种面向激光跟踪测量的基于单目视觉的大范围全自动高精度姿态测量方法。阐述了面向激光跟踪测量的姿态测量系统构成、合作靶标硬件设计,并建立了姿态测量数学模型;其次,分析了自适应清晰成像的姿态测量模块特性,基于光学畸变模型与张正友标定法建立了实时相机成像模型,动态校正特征点像素坐标模型,提升了特征点的提取精度;之后,结合合作靶标几何特性、EPnP算法、Soft-POSIT算法提出一种改进的姿态测量方法,建立了姿态测量系统的自动监测纠错机制,实现测量范围内任意动态位姿的自动测量。最后,利用二维精密转台搭载合作靶标对激光跟踪测量的姿态测量系统进行精度测试。实验结果表明：在3～10 m,方位角/俯仰角为±30°、滚动角为±180°内,适配有14个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.049°;适配有10个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.065°。此方法普适性强,对合作靶标特征点布局约束较小,可以满足高端制造业激光跟踪测量的精密测量需求。     

基于DSP的新型太阳方位跟踪系统

为了提高太阳方位跟踪精度,降低光伏发电系统的成本,利用光伏电池旋转产生的短路电流是交变电流的这一特点,通过离散傅里叶变换（DFT）求解交变电流的初相位,计算太阳的高度角和方位角,实现了对太阳方位的自动跟踪。并依此方法设计出了一套基于数字信号处理器（DSP）的新型太阳方位跟踪系统。实验结果表明,该系统能实现太阳光大范围内检测,并迅速跟踪,可避免多块光敏元件的不一致性所带来的问题,有效地提高了跟踪系统的精确性,可望在太阳能光伏发电工程中得到应用。     

经纬仪控制模态切换时的动态分析和脱靶量跃变抑制

分析了光电经纬仪工作方式切换过程中系统发生跃变、超凋的原因,并采用了一种初值补偿的方法解决该问题.建立了系统切换过程的数学模型,并从理论上阐述了产生这些问题的原因.针对这些问题,设计了一种基于补偿控制器输出的初值补偿切换算法,并给出了加入初值补偿之后的系统数学模型和响应形式,以及该算法的具体实现.最后,通过仿真实验,验证了该方法能够将脱靶量跃变抑制在0.003°以下,有效地改进了系统的动态过程,并抑制了切换过程中产生的跃变.     

水平定向钻进随钻测量及方位校正研究

根据水平定向钻进角度随钻测量的要求，描述了用三轴加速度计与三轴磁强计测量地下钻头姿态-方位角、倾斜角和工具面向角的方法，针对由于钻具铁磁性材料造成干扰磁场对方位测量引入的误差，提出了利用当地地磁场进行校正的方法，详细分析了校正原理，同时给出校正步骤和仿真结果。结果表明，这种校正方法能够在不更换钻具的情况下获得准确的方位角，因此可以大大减少无磁钻铤的长度，节省钻进成本。     

应用新轴系结构改善光电跟踪系统谐振频率特性

对典型的光电跟踪系统进行结构分析,提出了改善机械结构谐振频率的方法,以便提高光电跟踪系统的跟踪速度。研究了典型跟踪架的垂直轴系的结构,认为单向止推轴系沿轴向的窜动限制了扭转刚度。提出了以双向止推密珠轴系结合定心轴系的结构形式设计垂直轴系,从而有效地提高了系统的刚度,改善了系统的机械谐振频率。对改进后的跟踪架进行了模态仿真分析,并通过振动及扫频试验获得了光电跟踪系统谐振频率特性曲线。实验结果表明,系统谐振频率达到114Hz,为伺服系统实现高速跟踪时的稳定性和快速性提供了硬件基础。在舰面跟踪高速起降目标的试验中,该系统最大跟踪速度达到150(°)/s以上,加速度大于240(°)/s~2,显示其光电跟踪能力显著提升。     

激光跟踪仪精密跟踪系统的设计

对激光跟踪仪的跟踪伺服控制系统进行了整体研究并给出了总体设计方案。针对跟踪目标的精密探测问题,研究了新型探测手段以及微弱光电信号的精细调理技术与数字滤波方法,使得脱靶量探测稳定性优于±2.0μm。针对跟踪角度精密测量问题,设计了圆光栅数据采集系统,实现了角度脉冲的细分、辨向与准确计数;基于谐波分析方法建立了跟踪过程中的误差补偿模型,将角度测量精度由3.5″提高到1.5″。建立了跟踪伺服电机的数学模型,分析了电流环在跟踪控制中的作用机理,提出了电流、速度、位置三闭环控制结构和复合跟踪控制策略。跟踪实验表明:系统最远跟踪距离不小于41.7m,跟踪速度不低于2.0m/s。该项技术还能为空间动态目标跟踪、激光通信等提供有益借鉴。     

基于无衍射光束的水平方位角测量方法研究

利用无衍射光束、透镜组和CCD相机建立一种水平方位角测量方法,以提高水平方位角测量的精度和稳定性。给出了水平方位角测量模型的构成和测量原理,阐述了整体测头的结构设计方案。对该测量方法精度及其影响因素进行了分析,同时用Zemax模拟成像系统光路并对光路进行优化仿真。与目前工程测量中普遍采用的方法相比,该测量方法能够获得更高的测量精度和稳定性,可用于盾构机的水平方位角测量、轴系校中曲线轴系布置等工程。     

基于加速度计和磁强计的方位测量与校正技术研究

根据随钻测量的要求,描述了基于三轴加速度计与三轴磁强计测量钻具方位的方法,并针对铁磁性材料造成干扰磁场对方位测量引入的误差,提出了两种利用当地地磁场进行方位校正的方法--直接校正法和间接校正法,前者通过校正公式直接进行校正,后者通过循环递推逐次收敛于真实的方位.在原理分析的基础上,得出具体的校正算法,并通过数据仿真进行验证.结果表明,两种校正方法均能消除钻具干扰磁场的影响,获得准确的方位角,因此可以大大减少无磁钻铤的长度,节省钻进成本.     

用于三轴光电跟踪系统的神经网络误差修正法

系统误差的存在严重影响了光电跟踪系统的引导精度和测量精度,现阶段用于三轴光电跟踪系统的最小二乘系统误差修正法精度较低,球谐函数系统误差修正法亦不适于Z轴连续转动时的系统误差修正。三轴光电跟踪系统的系统误差是以其三个角度测量值为参数的曲面,而神经网络可以精确拟合复杂的曲线或曲面。分析和仿真证明,基于BP神经网络的系统误差修正法可用于Z轴连续转动的三轴光电跟踪系统,而且可把系统误差修正到约为原来的28%。     

光电编码器的减振电路设计

分析了光电编码器的振动机理及影响,介绍了目前使用的减振方法,并在此基础上,提出了一种基于异步逻辑设计的光电编码器振电路设计方法,给出了其具体的应用事例。     

光电跟踪伺服系统的频率特性测试与模型辨识

基于光电跟踪伺服系统全数字化的特点,提出了一种新型频率特性测试方法。对该方法所使用的激励信号、数据采集方式、幅值和相位提取算法、模型递阶辨识算法进行了研究。首先利用数字运动控制器产生离散的正弦扫频信号,同时采集响应信号并存储在磁盘上;测试完毕,将文件传给PC机,利用Matlab进行数据处理,采用谱分析或者相关分析的方法计算输入输出信号的幅度比和相位差,最后利用递阶辨识算法将测量得到的数据转化为高精度的传递函数。应用结果表明：该方法简单快捷,成本低,测试精度高,具有重要的工程应用价值。