大型光电经纬仪跟踪架水平轴系的结构设计

光电经纬仪跟踪架轴系精度的保证是整个光电经纬仪精度的基础;光电经纬仪跟踪架的水平轴系承担着光学分系统和部分探测分系统,安装器件多、结构复杂、设计难度大,精度难以保证。首先给出水平轴系的组成和结构形式,然后对轴系精度的影响因素进行了分析,并根据分析,进行了主镜口径1 m的大型光电经纬仪跟踪架水平轴系的结构设计和校核;并针对所设计的结构形式进行了轴系的精度分析和计算,保证水平轴系晃动误差≤2″。     

光电经纬仪跟踪架水平轴系设计及精度分析

光电经纬仪跟踪架的轴系精度直接决定着整个设备的测量精度.针对主镜口径1m的光电经纬仪跟踪架的水平轴系,对水平轴系精度的影响因素进行了分析,通过相应设计及计算,得到跟踪架水平轴系的晃动误差RMS值≤1”,并通过对水平轴系的精度检测验证了上述结论,实现了高精度轴系的设计要求.     

光电经纬仪测量误差的实时修正

分析了光电经纬仪的测量误差来源及其影响,采用了星体角度法分离得出各项系统误差,并在此基础上编程实现了对测量结果的实时修正。使用这种方法修正了某型号光电经纬仪的测量数据,并对修正前后的测量精度进行比较,得出的结果表明,该修正方法可以使光电经纬仪的精度从原来的15″左右提高到5″以内,也就是修正效果明显,达到了提高光电经纬仪测量精度的目的。     

光电经纬仪脱靶量和坐标动态修正

提出了目前采用的脱靶量修正模型的适用条件,采用坐标变换推导经纬仪脱靶量修正公式,获得与球面三角学相一致的推导结果,并在此基础上推导出成像系统无照准轴平行约束条件的通用脱靶量合成公式。采用光学系统的物方焦点作为摄像机系统的投影中心,推导出投影中心与经纬仪回转中心不重合条件下摄像机投影中心在测量坐标系中的坐标值。经测量设备的实际验证,该修正方法突破了现有修正模型的局限性,适用于多传感器经纬仪成像系统     

GD-220光电经纬仪轴系的精度分析

光电经纬仪中轴系的精度在很大程度上决定着整台仪器的测量精度.为了提高其轴系精度和改进其轴系结构,以GD-220光电经纬仪为例,讨论了其垂直轴系和水平轴系中存在的径向跳动误差、角度摆动误差和轴向窜动误差等,并定量分析了由构成轴系零件的形位误差造成的轴系在回转运动时的晃动误差.通过对9台套GD-220光电经纬仪轴系的检测结果看,对GD-220光电经纬仪轴系精度的分析和对其结构的设计都是合理的.     

利用动态靶标谐波特性评价光电经纬仪的跟踪性能

提出了一种利用动态靶标实现光电经纬仪跟踪性能等效正弦评价的新方法。分析了动态靶标目标及相应跟踪误差的幅度谱和功率谱特性,提出将动态靶标看作由有限项基频谐波和整数倍基频高次谐波的加权和组成的谐波源。根据被检光电经纬仪跟踪性能设计等效正弦信号,利用动态靶标产生与等效正弦信号同频率的谐波信号完成光电经纬仪跟踪误差系统在该频率下幅频特性函数值的测试。等效正弦的幅值和测得的幅频特性值乘积即为跟踪等效正弦信号的跟踪误差最大值,从而实现了跟踪性能评价。利用该方法测得方位方向的最大跟踪误差为0.65′,远小于4′的指标要求,而利用动态靶标直接检测的值为4.7′。实验表明该方法准确、可行,同时避免了直接利用动态靶标检测时可能使跟踪伺服系统出现过度校正的问题。     

应用跟踪误差等效模型评价光电经纬仪跟踪性能

针对目前光电经纬仪跟踪性能室内检测方法的缺陷,提出了评价光电经纬仪跟踪性能的新方法。基于系统辨识理论建立了光电经纬仪跟踪误差等效模型,将等效正弦信号输入等效模型,通过对模型输出进行数据处理来评价光电经纬仪的跟踪性能。介绍了建立等效模型的原理和等效模型阶次,给出了根据光电经纬仪检测指标进行等效正弦信号设计的方法。为得到精确的模型参数,采用动态靶标目标角频率连续调制模式实现了对光电经纬仪动态性能的持续激励。仿真和实验结果显示,得到的跟踪误差等效模型估计误差均值为(2.5872×10-6)°≈0°,最大值为1.8″,标准差为1.1″,表明建立的等效模型能够满足跟踪性能评价要求,实现了对光电经纬仪跟踪性能的合理、准确评价。     

编码器轴系晃动对测角精度影响分析

光电轴角编码器作为一种精密测角传感器,其测角精度受到多种因素的影响,其中轴系晃动是影响其精度的主要因素之一。为了研究编码器轴系晃动的规律,利用多种检测方法对轴系晃动进行检测,利用傅里叶谐波数学模型对测量结果进行分析,并结合编码器测角精度检测结果,发现测角精度与轴系晃动的低频谐波之间存在固定的函数关系,采用这种关系可以补偿编码器的测角误差。利用这种方法可以在编码器内部或在线的方式进行实时误差补偿,从而达到提高编码器测角精度的目的。这对相关仪器的测量精度的提高起到一定参考意义。     

小型光电编码器长周期误差的修正

针对小型光电编码器长周期误差成因及分布规律复杂的特点,提出了一种光电编码器长周期误差修正方法。建立了基于正交三角函数基的傅里叶神经网路误差修正模型,将光电编码器输入输出间的非线性优化问题转化为线性优化问题。误差修正模型以高精度基准编码器输出值作为学习目标;引进模拟退火策略的差分进化算法对网络进行训练,保证了在训练的初始阶段具有较强的全局寻优能力和在训练后期具有较快的收敛速度和较高的精度。运用设计的方法对16位小型光电编码器进行了长周期误差修正处理,实际测试显示：编码器的峰值误差由45"~-17.5"减小到10"~-8.75",长周期标准偏差由修正前20.3"减小到修正后4"以下。结果表明提出的长周期误差修正方法提高了光电编码器的精度。     

车载经纬仪的测量误差修正

载车平台变形会直接导致经纬仪方位旋转轴线产生倾斜,从而影响经纬仪的测角精度。为补偿测角精度,实现活动站测量,通过球面几何推导了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的修正公式,利用光电轴角编码器精度高、采样频率高的特性,测量出经纬仪坐标系倾斜,经过坐标变换推导出经纬仪倾斜角和倾斜方向,该测量装置通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。实验结果表明,该方法能够实时有效地补偿因平台变形而带来的测角误差,使经纬仪不落地测角精度控制在20″内,为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

考虑装配误差的轴系结构静力学对比分析

针对传动系统整体分析的复杂性,以轴-齿轮-轴承组成的某附件机匣传动系统中的轴系结构为研究对象,基于接触理论和有限元方法对轴系结构进行了静态仿真,在考虑了装配误差因素的不同轴线平行度偏差的情况下分别对整体轴系结构、齿轮、轴承进行了对比仿真分析.仿真结果表明:随着齿轮轴不平行时误差的增加,轴系结构的等效应力也相应地增加,且齿轮应力变化较为明显,但轴承的应力变化较小,为传动系统在实际装配中齿轮、轴承的设计与优化提供了参考依据.     

Elimination of drift-like errors in intelligent cyclic A/D converters

The paper presents a new method of elimination of influence of drift-like errors in so called intelligent cyclic A/D converters, in particular, errors caused by drifts (droops) of voltage at the output of sample-and-hold blocks. The method is based on application of the extended multi-dimensional algorithm, which estimates simultaneously values of the input sample and drift rate. Implementation of the extended algorithm in the intelligent cyclic A/D converters requires only insignificant changes in the digital part of the converter and does not increase their production costs. The motivations to these investigations resulted from practical realizations of the intelligent cyclic A/D converter in CMOS technology and difficulties in design of a precise sample-and-hold circuit. The results of selected simulation experiments related to analysis of influence of a droop rate on the final performance of the intelligent cyclic A/D converters employing the standard (one-dimensional) and extended algorithms are discussed and compared in the paper. The results of experiments show that application of the proposed solution enables efficient functioning of the converters even in the presence of relatively large drifts.     

偏振光理论在激光经纬仪上的应用

简介偏振光理论的基本原理,应用偏振光理论解决激光经纬仪望远镜视场"一片红"现象。通过望远镜目镜观察,在视场中也可看到清晰的激光指向光斑和要观察的目标,同时对人眼来说又是安全的。     

多镜头成像拼接方法在经纬仪系统中的应用

为了获得大视场高分辨率的图像,提出了多镜头成像拼接的方法,并将该方法应用于经纬仪系统中。首先,结合经纬仪特点对几种可能的拼接形式进行了分析,并以4个镜头十字型两维拼接形式为例,建立了数学模型。然后,确定拼接镜头间的夹角以及相对位置关系,同时对经纬仪跟踪架的结构尺寸提出设计要求。最后,对拼接夹角精度进行复核标定。设计结果表明:在相机靶面像元数为1 280×1 024,像元尺寸为12μm,镜头焦距为400 mm的条件下,可获得方位方向最大6.6°,俯仰方向最大3.52°的视场。两个方向的拼接夹角的最大误差均在10″以内,能够满足图像拼接时单幅图像坐标转换到经纬仪坐标系下数据处理的需要,达到了增大视场的目的,扩展了经纬仪的应用领域。     

光学经纬仪大尺寸三坐标测量系统的分析研究

介绍光学经纬仪大尺寸三坐标测量系统的原理、组成以及数据采集分析,探讨光学经纬仪空间三维坐标移动测量系统及测量分析软件,以实现如汽车车身、轮船船体、机床导轨等加工制造中大距离的在线检测.     

采用最大灰度梯度法实现经纬仪自动调焦控制

提出了一种基于最大灰度梯度的经纬仪自动对焦方法,以CMOS相机为图像传感器,用计算机进行数据处理并控制驱动电路调整相机镜头的位置来实现自动调焦.首先,选择包含主体成像目标的最小区域作为对焦选择区域,不仅有效地节省了系统处理图像的时间,而且极大地减小了复杂背景对精确调焦的干扰,提高了调焦准确率;其次,求出边缘上任意可能梯度方向的梯度,比较后得到每个边缘点的最大梯度;最后,采用最大灰度梯度作为系统的自动聚焦判距.实验结果表明,系统的调焦分辨率为0.01～0.02 mm,能够满足经纬仪第一像面焦深的调焦要求.该调焦算法具有单峰性强、无偏性好、灵敏度高、稳定性好以及可实时性操作等特点.     

一种pin结构光电器件的研究

pin器件在整流和探测领域都有着重要的潜在应用价值。为了提高器件伏安和光电探测性能,提出了一种新型的p-硅/i-氧化铝/n-掺铝氧化锌(AZO)结构器件,并利用原子层沉积技术(ALD)在低温下实现了器件制备。分析了器件的伏安特性,结果显示相比传统的pn结构器件,新结构在无光条件下实现了152的整流比。通过增加i层的沉积厚度,可以有效抑制遂穿效应,减小暗电流,提高光电检测的灵敏度,实现了比传统材料更高的光生电流灵敏度。     

应用坐标变换动态修正光电经纬仪脱靶量

分析了目前采用的脱靶量修正模型的适用条件,采用坐标变换法推导出经纬仪脱靶量修正公式,获得了与球面三角学相一致的推导结果,并在此基础上推导出成像系统无照准轴平行约束条件的通用脱靶量合成公式.采用光学系统的物方焦点作为摄像机系统的投影中心,推导出投影中心与经纬仪回转中心不重合条件下摄像机投影中心在测量坐标系中的坐标值.经测量设备的实际验证表明,该修正方法突破了现有修正模型的局限性,适用于多传感器经纬仪成像系统.对于水平不平行度为6.13°,物方焦点到固联中心的距离为0.247 m的成像系统,脱靶量合成修正误差＜16.0"(高低角为65°);投影中心位置误差＜0.04 m.     

基于CPLD的光电码盘计数器的设计

根据增量式光电码盘进行位置检测的原理,本文提出了一种基于CPLD的器件的实现增量式光电码盘的设计方案。简略介绍了EMP7128器件的主要特点,详细分析了四倍频计数电路和接口电路的设计原理。     

光电经纬仪子母弹多目标提取方法

光电经纬仪子母弹测量系统提供子母弹弹道等参数,为弹头最终完成作战使命、达到理想毁伤效果提供第一手科学数据。本文对子母弹多目标提取算法进行了研究。首先对数字图像采用改进的最大类间方差法（OSTU）进行二值处理,分别提取目标的形心位置、目标的面积大小,同时对目标区域进行标记;设定面积阈值,根据目标的面积大小,初步判断目标粘连与遮挡;然后再根据粘连目标区域灰度直方图波峰、波谷的变化情况分离目标;目标求灰度平均值;采用Hough变换拟合算法获得目标中轴线,然后计算目标的倾角。在匹配过程中,采用卡尔曼滤波,预测目标匹配搜索区域;在获得目标形心位置、面积大小、灰度平均值、目标倾角后,利用改进的特征函数来完成序列图像子母弹多目标的数据关联,实现了子母弹多子弹目标提取。实验结果表明,目标提取的正确率可达90%。本文采用的数学模型正确、算法合理,有效的获得了序列图像子母弹多目标参数。