星间激光通信终端精跟踪性能地面测试和分析

分析了基于四象限探测器的精跟踪子系统的性能,利用星间激光通信终端样机对精跟踪子系统性能进行测试,并进行了粗跟踪子系统对精跟踪子系统性能的影响测试,通过频谱分析表明,粗跟踪对系统精跟踪性能的影响主要出现在小于200Hz的低频范围、幅度低于45μrad,与卫星在轨微振动谱对系统性能的影响类似,可以统一考虑;对精跟踪子系统性能测试结果表明:精跟踪子系统可以有效补偿卫星平台振动和粗跟踪误差,跟踪精度优于3μrad,可以满足星间激光通信跟踪精度要求。     

机载激光通信稳瞄吊舱设计与跟踪精度测试

针对飞机姿态扰动和强烈震动条件下激光通信中的光轴稳定问题,研制了粗精复合跟踪机构,并对减振器安装结构形式进行了分析,完成了减振系统设计和伺服系统仿真。在此基础上开展了飞机姿态和振动特性测试,根据测试结果,绘制了振动试验曲线。进行室内仿真检测和外场飞行测试的试验结果表明,在大气信道条件下,粗跟踪吊舱跟踪精度优于23.97 μrad,精跟踪精度优于7.03 μrad. 对比实验室和外场测试环境的差异,可知大气干扰引起的光斑闪烁是导致跟踪精度下降的主要原因,为系统指标分配和吊舱跟瞄精度的提高提供了参考。     

潜望式激光通信终端的扰动抑制与动态跟踪方法

潜望式激光通信终端系统内部执行机构的力矩脉动以及外部扰动等因素,会影响通信链路建立过程中伺服系统的跟踪精度与稳定性。为提高伺服系统的抗干扰能力与跟踪性能,采用降低执行结构的力矩波动、提升系统运行速度平稳性的方法,对系统的低速平稳性以及动态跟踪过程进行测试和分析;通过通信终端控制系统的动态跟踪实验,验证控制策略的有效性。实验结果表明：在最大速度为0.131°/s、最大加速度分别为0.137°/s²、0.329°/s²的平台扰动条件下,方位轴和俯仰轴的粗精复合跟踪精度都可以达到2 μrad以内,验证了通信终端伺服系统的抖动抑制能力及其系统的动态跟踪性能。     

空间激光通信终端ATP技术与系统研究

为了提高某机载空间激光通信终端中捕获、跟踪、对准(ATP)系统的跟踪精度,提出了对该系统的改进方案并研制了样机。对光学接收单元、粗跟踪单元、精跟踪单元以及超前瞄准控制等单元进行了设计。建立了复合轴跟踪系统控制模型,对系统的跟踪控制性能进行了仿真研究。为了验证ATP系统校正粗跟踪残余误差的能力,在激光通信平台振动模拟实验...     

高精度二维激光测角装置的设计与实现

为了实现二维微小角度的精度测量,采用了激光准直测角技术,并利用二维（面阵列）CCD或CMS器件作为光斑位置传感器,自动捕捉反射光斑位置,自动解算二维角度值.而选用线阵CCD光斑位置传感器,可提高测量速度、测量范围和精度.进行了理论分析和实验验证,取得了满意结果,具有工程应用价值.     

基于CCD的微小角度测量方法

针对光电转台转动静态参数的测试问题,提出一种应用激光器、CCD等器件的微小角度测量方法。通过CCD获取光电转台转动前后反射激光束在CCD靶面上的光斑位置,应用图像灰度级加权质心法提取光斑图像光心位置变化,最终通过数据统计算出微小角度值。实验结果证明,提出的微小角度测量方法具有结构简单、对准要求低、操作简单等特点,最小测角分辨率可达2.96μrad(0.6″)。     

一种新型压电式偏摆平台的设计与性能测试

设计了一种基于新型复合柔性铰链的紧凑型压电式偏摆平台。针对该平台，提出一种 二级放大柔性驱动铰链机构，对其运动范围进行了解析求解和有限元分析；给出该压电偏摆平台的结构和工作原理，并测试了平台原型的偏摆角范围和固有频率；在偏摆角度标定的基础上开展了一系列开闭环实验，进行性能检验。实验结果表明:该偏摆平台的角度定位分辨力为1.5 μrad；基于闭环控制方法，对阶梯状阶跃信号进行定位的稳态峰峰值误差为4.2 μrad，处于稳态值±3 μrad之间,可以实现较好的定位效果；在准静态范围内对偏摆角的闭环定位控制比开环具有更好效果,闭环跟踪1 Hz三角波时的定位误差占满量程的1.9%，与开环误差25.0%相比具有明显下降。     

长基线天线六自由度激光测量技术

针对空间长基线天线位移和姿态的多自由度和高精度测量需求,提出了一种基于激光干涉测长、自准直测角和细光束测位移的激光基线测量系统.该系统可用于实现基线相对长度、倾角、偏转角和天线姿态等六个自由度的同时高精度测量.经实验验证,该激光干涉基线测量系统基线相对长度测量精度优于3μm,基线倾角测量精度优于0.1″,天线姿态角测量...     

基于转换量测的水下目标跟踪

针对水下目标跟踪的实际应用情况，提出了基于转换量测误差统计分析的去偏转换量测和基于修正转换量测误差的无偏转换量测方法；给出了基于转换量测的球坐标一直角坐标下目标跟踪算法，并进行了性能仿真。结果表明：这两种跟踪方法都具有很高的跟踪精度和稳定性；基于修正转换量测的跟踪算法对角度量测误差的不同分布有较强的适应性，在角度量测误差较大的情况下，该算法的性能要优于基于误差统计分析的跟踪算法。     

防空兵被动测距方法研究

防空兵双活动平台被动测距方法采用带码盘和CCD的结合,依据“双站交会”原理完成距离计算,利用软件系统对单帧视频数据中的弹、目距离进行准确求取。从其误差曲线对比可知,对各型测距模型运用中,保持光学视场轴中心与目标之间方位、高低夹角在π／4时,系统精度最高。从各种测距模型曲线绘制图显示可知,基线测量精度对系统影响较小,测角误差才是系统测距误差的主要误差源。     

机动频率自适应的机动目标模糊跟踪算法

分析了基于＂当前＂统计模型的跟踪算法中,机动频率对滤波算法的影响.提出一种模糊自适应跟踪算法,该算法根据量测新息及其变化率通过模糊推理机制调整＂当前＂统计模型中的机动频率,以适应不同的目标机动模式.针对直角坐标系下量测模型为非线性方程,采用转换坐标卡尔曼滤波对目标状态进行估计.仿真结果表明：该算法无论跟踪机动目标还是非机动目标,其精度都要优于常规的基于＂当前＂统计模型的跟踪算法.     

基于纯方位角测量的水下目标被动跟踪技术

水下目标的被动跟踪技术在军事上具有重要的应用价值,为了解决基于纯方位角测量的水下目标被动跟踪技术在实际应用中的问题,研究了几种适合于单、双观测站的水下目标被动跟踪算法.分别对伪线性估计算法、扩展卡尔曼滤波算法、无迹卡尔曼滤波算法在不同参数情况下的性能进行了详细的仿真与分析.仿真结果表明,静止单观测站虽不能获得目标的完全观测,但是在具有一定先验信息的情况下,伪线性估计算法也可以实现对目标轨迹的估计;双观测站可以获得对目标的完全观测,并且在观测方程严重非线性的情况下,无迹卡尔曼滤波方法的性能要优于扩展卡尔曼滤波方法.仿真结果对工程应用具有重要的参考价值.     

捷联激光探测器组合GPS测量弹丸滚转角方法

针对激光半主动末段修正弹滚转角解算的问题,提出利用捷联激光探测器与弹载GPS组件的测量信息求解弹丸滚转角的方法。以理论计算得到的非滚转成像面上的目标成像点作为空中姿态对准的基准,结合激光探测器成像面上目标实际成像点,推导得到弹丸滚转角计算公式。利用蒙特卡洛模拟法仿真计算,分析弹丸在不同发射角下弹丸位置误差、速度误差和激光探测器测量误差对弹丸滚转角解算精度的影响。仿真结果表明：该方法对滚转角解算误差最大不超过4°;3种误差中,激光探测器测量误差对滚转角解算精度的影响最大。该方法满足精度和实时性要求,适用于低速滚转的激光半主动末段修正弹。     

基于面阵CCD的激光高速摄影技术在弹道测试中的应用

为了验证由高分辨率CCD像机和脉冲激光器组成的激光高速摄影系统的性能,通过对高速飞行弹丸进行弹道测试,用相互正交的照相方式,拍摄到了弹丸的姿态图像,并由此计算出弹丸的飞行速度和空间姿态角,其中速度的测试精度达到了0.1%.此结果表明:本系统结构简单,测试精度高.     

激光跟踪测距方法及其应用的研究

针对大型工件的几何尺寸和形状的测量问题,研究了一种激光跟踪测距方法。由双模热稳频He-Ne激光器产生的双频信号,通过拍波后,以拍波波长作为“光尺”,拍波零点对位确定拍波节点数,以同轴光路组合形成的双频激光干涉测量尾数。跟踪定位采用自适应跟踪,控制跟踪反射镜沿水平轴和垂直轴的转动,定位信号由CCD采集入射光与出射光之间的偏移量。同时,驱动系统带动两个光栅编码盘输出跟踪反射镜转动的水平角度值和垂直角度值,实现空间尺寸测量。研究的激光跟踪测量系统具有抗干扰能力强,跟踪速度快,测量精度高的特点。     

基于多通道电感测量的圆周等分孔位置度在线快速评定方法

针对工业机器人RV减速器精密零件行星架与摆线轮的加工精度在线测量问题,提出一种位置度极角二分法搜索寻优算法,并研制出一种融合位置度量规、坐标测量技术以及多通道电感协同测量技术的圆周等分孔位置度在线快速测量仪。利用多通道电感传感器采集零件被测孔的坐标数据,通过孔心多边形旋转变换和极角二分法迭代寻优,迅速准确得到各孔满足最优的位置度误差。设置单个零件测量节拍小于10 s,以适应生产线上的测量要求。基于分析测量仪的误差源,完成传感器静态标定实验和非线性误差补偿。算法仿真实验、重复性实验和精度对比实验结果表明：所提算法精度小于1.4 μm,精度较高;测量仪重复性精度小于1.5 μm,再现性小于1.0 μm;测量仪与三坐标测量机结果对比误差平均小于2.6 μm,证明了位置度在线测量仪具有较高的稳定性和可靠性。     

高度机动目标Jerk模型及改进算法

针对Jerk模型常规算法跟踪Jerk机动时存在稳态确定性误差的固有缺陷,提出了Jerk模型改进算法。改进算法融合了Jerk模型及当前Jerk模型。Jerk模型描述弱Jerk机动,采用位置估计偏差和加速度变化率方差之间的关系调整系统噪声方差;当前Jerk模型描述强Jerk机动,采用修正瑞利分布描述加速度变化率方差统计特性。在滤波算法方面,引入模糊分布函数和强跟踪滤波器,改善了对弱Jerk机动的跟踪精度,并提高了对强Jerk机动的跟踪能力。理论分析和仿真结果表明,改进算法克服了Jerk模型常规算法的缺陷,能自适应地逼近不同强度的Jerk机动并进行准确跟踪。该算法在不同强度信号噪声比和不同量测噪声下,误差变化相对稳定,具有较好的跟踪精度。     

惯导测量发射位置和速度误差的迭代计算方法

为了辨识惯性导航测量的发射原点位置和初始速度的误差,利用外弹道起始时刻数据和遥测视加速度,建立前推的非线性微分方程计算发射原点和初始速度。利用迭代计算降低模型误差源对辨识精度的影响,建立了仿真数据; 利用仿真数据给出模型的逼近精度,利用蒙特卡洛方法给出模型辨识精度。实验发现,微分方程的起始点应该选择在时间靠前且加速度变化平稳的位置; 待辨识原点误差对辨识精度没有影响,辨识精度只与外测起始点误差和遥测视加速度误差相关; 如果在遥测上面添加系统性偏差,那么初始点选择越靠前越好; 发射方位角偏差不大于0.001 rad对原点误差辨识的影响可以忽略。