小范围回转轴系测角误差测试方法

为了提高小范围回转轴系测角误差的测量精度,用自准直经纬仪测量测角误差的原理和方法,对影响测量结果的误差源进行了分析,仿真结果表明被测轴系轴线倾斜角度是最主要的误差源.基于误差模型提出了利用最小二乘估计辨识失调参数进而分离引入误差的方法,以实现测角误差的高精度测量.以精度为2″的单轴位置转台为受检对象进行实验验证,相比常规方法的测试结果-309.1″~428.6″,本文方法的测试结果为-0.89″~1.01″和-1.01″~0.93″,测试误差为0.70″和0.78″,消除了设备失调引入的测试误差.该方法具有设备简单、操作便捷,可实现小范围回转轴系测角误差的高精度测试,解决小范围回转轴系工程测试难题.     

基于光学测量手段实时动态测量船体水平姿态

针对测量船传统实时水平测量方法精度较低（≥10.0″）的问题,引入了基于光学测量手段的动态实时船体水平姿态测量方法。采用＂光学编码精密测角＋惯性同步复示平台＋水平误差检测工具＂的设计模式,保证了跟踪的稳定性,提高了测量精度。实验结果表明：提出的方法可以提供比传统惯导系统更稳定、精度更高（纵摇5.37″,横摇3.60″）的船体水平姿态数据;可以作为一种普遍适用的运动载体精密水平测量监测手段,为运动载体实时提供高精度的水平基准信息,或用于运动载体惯导水平精度鉴定等。     

高精度光电摄像系统的测量误差及其标定

详细分析了影响高精度光电摄像系统测量精度的各项误差因素,针对这些误差因素提出了详尽的标定算法,建立了摄像系统的标定模型。经过实验验证,该方法具有较高的检测精度。     

空间环境高精度光电轴角测量研究

在复杂恶劣的气候条件下进行高精度的轴角测量已经成为发展空间应用技术的主要瓶颈,其中空间温度交变和振动环境,严重制约着空间用轴角测量装置的精度和使用寿命。分析了空间应用环境造成光电轴角测量装置输出误码和器件老化机理,提出一种在空间复杂环境进行高精度轴角测量的系统解决方案。给出了系统硬件设计方法,并采用了一种码盘信号自适应处理技术,弥补了传统的光电轴角测量方法的缺陷,在保证轴角测量高精度的前提下,提高了空间测角平台的可靠性和使用寿命。实验结果表明：测角分辨率为0.618″;测角误差峰-峰值为6.2″。     

摄影测量图像处理的高精度误差补偿法

在高精度的摄影测量中,图像处理精度对整体测量精度起着至关重要的作用,但成像过程中摄像机对特征点图像的离散化采样,会造成图像与原始信号的失真,从而带来图像处理环节的误差。通过对图像处理过程中特征点总能量、能量分布弥散半径和图像处理窗口的特性分析,并以特征点中心位置、提取误差大小和能量密度函数的标准差之间关系为基础,提出一种针对离散化采样的误差补偿法。该方法仅需标定一次补偿参数,适用于所有摄像机和算法,可显著提升原有图像处理精度。实验证明,对于质心法和高斯拟合法,该补偿法可将图像提取精度提高到0.03pixel。     

摄像测量在舰船变形测量中的应用研究

针对舰船不同安装基座间相对变形的高精度测量要求,提出了一种利用单摄像机三维姿态测量原理和亚像素定位法,通过若干台摄像机进行传递测量船体变形的方法,来解决对两个或多个不通视安装基座之间相对变形进行高精度测量的问题。分别对单摄像测量和多级摄像传递测量进行了测量精度分析,采用4台2K×2K分辨率的摄像机进行传递测量,测量精度优于23″。该方法在舰船上较易实施,且精度较高。     

振动对面形测量误差的影响分析

振动会使高精度面形测量产生误差。建立了振动对干涉测量面形的误差模型,应用13步移相算法分析了在振幅为63 nm时的误差情况。分析结果表明,当面形测量误差的敏感频率为12 Hz时,振动引起的面形均方根(RMS)误差约为12 nm。通过实验进行了验证,仿真分析结果和实验结果基本相同。实验分析了在12 Hz时,振幅为5~63 nm时,对应的测量面形RMS误差为1~7.1 nm,振幅和RMS误差线性增大。为不同振动频率和振幅引起的面形RMS的误差分析和高精度面形测量的振动环境控制提供了一定的参考。     

基于天文观测的相机标定及姿态测量技术研究

为利用相机进行天文观测以实现高精度的相机姿态测量,必须先对相机参数进行精确标定。针对传统相机标定方法工作距离有限的问题,提出了以恒星为控制点的相机标定方法,根据球面天文学方法计算观测时刻控制点的世界坐标,利用摄像测量原理建立了恒星观测模型,求解相机的内外参数并分析了误差因素。实验结果表明,该标定方法在不依赖于精密、复杂的外部设备情况下可达到较高精度,并具有较强的抗噪声能力。将标定结果用于天文观测并求解相机姿态,航向角和俯仰角的解算重复性优于10″,能够满足高精度姿态测量的需求。该方法可进一步推广应用于星敏感器的标定。     

横向调制偏振光测量导轨直线度

介绍了一种测量导轨直线度误差的新方法,利用偏振干涉原理调制出一束偏振角随光束横向坐标线性变化的特殊线偏振光光束,通过一个随直线度误差移动的光缝测量出光束中不同位置的偏振角,根据直线度误差与偏振角之问的线性关系,实现对直线度误差的测量.从理论上对该方法进行了论证分析,进而详细介绍了光学调制器的组成,设计了偏振角测量的光电组件,并进行了相应的实验.实验结果分析表明,该实验装置的直线度误差与偏振角之间的直线拟合相关指数R2优于0.9995,且测量直线度误差范围不低于0.5 mm,构建的测量系统经标定后测量分辨力可以达到亚微米级,测量不确定度达到1μm.该方法不仅实现方便、可靠性较高,而且可以克服测量时由于光强变化、导轨形面误差对测量结果的影响,稍加改进即可实现二维直线度误差测量,测量精度与自准直仪相当,具有一定的理论研究意义和较强的实际应用前景.     

用于绝对重力仪的落体旋转评估方法

介绍了一种自主搭建的测量落体在自由下落过程中旋转角速度的装置,评估了不同落体旋转角速度引入的旋转误差对重力测量的影响。针对具有旋转初速度的落体在真空腔内自由下落的运动模型,该装置采用光杠杆原理,将高精度位置传感器(PSD)作为光跟踪设备,研究并推导出落体由旋转所导致的反射光位移与下落时间的关系。然后,对PSD采集记录的时间位移曲线进行拟合,求解落体单次下落的旋转角速度值。在调整真空腔垂直度后,最大旋转角速度值可减小为16.88 mrad/s,引入的重力测值不确定度为0.57μGal,即该状态下落体的释放更加平稳。实验表明,该装置不仅可以进一步提升绝对重力仪中落体传动机构的装调精度,还可以对光学干涉绝对重力仪工作过程中的落体姿态进行监测,进一步降低落体旋转所引入的测量不确定度。     

激光辐照下红外测温的误差补偿方法研究

为了提高激光辐照下加热点处红外测温精度,建立了多变量测温补偿模型,研究了测量距离、测量角度与测量精度的关系。采用单一变量与正交变量结合的方法,建立关于测量距离与测量角度的二元变量补偿模型,并进行误差补偿模型验证实验。结果表明:补偿模型与实际测量结果可以较好地匹配,补偿后测量误差为±1.25%,与补偿之前相比测量精度提高64.25%,验证了补偿模型的正确性,为激光辐照下加热点温度红外测量提供理论指导。     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

外腔镜非线性运动对激光回馈应力测量系统精度的影响及修正

基于激光的回馈效应可实现光学材料应力分布的测量, 而系统外腔镜的非线性运动会引起测量结果的误差, 影响系统的精度. 利用高精度Nd:YAG激光回馈干涉仪对外腔镜的位移随时间的变化进行测量, 采用高次拟合的方式得到位移与时间函数关系, 并利用三镜腔等效模型的调谐曲线方程, 对非线性运动引入的应力测量误差进行计算, 实现对系统精度的修正. 结果表明: 外腔镜运动方向不同, 引起的误差呈现相反的变化趋势; 将不同方向的测量结果进行平均, 可减小系统的测量误差. 分析了外腔镜非线性运动带来的误差对系统测量精度的影响, 提出了测量误差修正方法, 对提高系统的测量精度具有重要意义.     

一种测量生物组织热导率的新方法

采用脉冲衰减法可以测量生物组织热导率。但是,Chen等人提出的脉冲衰减法采用了“点热源”假设,而实际测量时,探头有一定的几何尺寸,由此造成了测量时的模型误差。本文采用数值实验的方法对这一误差及其影响因素进行了分析。在此基础上,提出了一种考虑了探头尺寸影响的新的脉冲衰减法,推导出了其测量公式。采用已知热导率的工质进行了验证试验,实验测量结果证实了本文对原有测量方法误差的分析;同时也表明,采用本文提出方法可以将测量误差减小到5%以下。     

三光路结构的调频连续波重采样测距方法

调频重采样是一种绝对测距技术。这种方法采用的光源波长随时间变化,形成一束宽光谱激光。激光在各时刻的波长通过辅助干涉装置进行测量,并对其中频率间隔相同的部分进行重采样,使调频测距系统具有较大的线性光谱带宽,较高的分辨率及精度。在实际测量过程中,测量装置本身及待测物都容易受到振动的影响,导致待测距离及辅助光纤长度发生变化,引入测距误差。针对这个问题,分析了振动对重采样测量结果产生的误差:(1)待测物的移动引入一个多普勒频移分量;(2)辅助光纤的振动使重采样频率也发生变化。为了弥补这两种误差,提出了一种三光路结构的补偿方法,在辅助光路中,使用一种光路结构简单小巧,且测量速度更快的全光纤马赫泽德干涉仪等效代替光谱仪,实时的监测信号光的瞬时频率。在测量光部分,在测量光路中引入两个部分反射镜产生两路补偿光信号,并通过FFT算法产生频谱。频谱的三个峰值分别与三路信号相对应。通过测量信号与其中一路补偿信号的峰值相减即可补偿多普勒误差,通过两路补偿信号的频率差与相对距离的比值即可得出实际的辅助光纤长度。实验证明,传统的重采样测距方法精度为23.6μm,三光路测距方法的精度可达到11μm,可见这种方法能够对系统的振动误差进行有效补偿。     

测量爆炸火焰真温的多光谱温度计的研制——现场实验与测量精度分析

研制了可用于大型爆炸现场的、 测量爆炸火焰真温的多光谱温度计(量程为800~3 500 ℃,波长范围为0.6~1.1 μm)。测量原理进一步改进,加入亮温逼近法解决了二次测量法初值选取困难的问题,并应用此高温计在空旷场地对3 kg TNT炸药爆炸的全过程进行测量。通过实验结果的分析可知,此高温计可以测量爆炸火焰真温变化全过程,对波阵面瞬时温度与燃烧火球温度的测量均具有很好的效果。同时,分析了影响此高温计测量精度的各个因素,得出目前制约多光谱高温计测量精度提高的主要因素仍然为真温算法及标定方法的误差,这为今后研制高精度高温计明确了方向。     

太赫兹吸收光谱的频率误差修正研究

在用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测量样品THz吸收光谱的过程中,电光采样系统的采样误差往往导致测得的THz吸收频率与真实值间存在偏差。针对此问题,利用一氧化碳(CO)分子THz吸收峰的分布特性研究了对THz-TDS系统测量数据进行修正、从而提高THz吸收频率测量精度的方法。首先通过实验测得了2.0×105 Pa 压强下CO气体的一系列等间隔分布的THz吸收峰,然后把测得的吸收峰峰位与JPL标准数据库中CO分子的吸收频率进行对比,得到了实验数据的误差值。通过分析误差值随吸收频率的分布规律,发现二者间呈正线性相关,在此基础上拟合得到了实验数据的误差修正模型。用所建立的模型对实验数据进行修正后,最大误差值为3.36 GHz,较修正前降低了两个数量级,表明根据CO分子的THz吸收峰可有效修正THz-TDS系统的测量误差,从而提高THz吸收光谱的精度。本研究对材料分析识别以及分子光谱标准数据库的建立具有重要意义。     

丝杠精度双频激光干涉测量中的阿贝误差实时补偿

提出一种利用双频激光干涉仪检测光栅刻划机分度丝杠的新型光路结构,推导出用于阿贝误差补偿的快速修正计算式,实现了丝杠测试过程中阿贝误差的实时修正,通过修正使不满足阿贝原则的测量系统获得了较高的测量精度。另外该方法还通过调整参考镜角锥棱镜消除了测量过程中丝杠轴向窜动引起的测量误差。实验结果表明,采用提出的方法在300mm的丝杠行程内修正的最大阿贝误差为1．39um,补偿后最大残差仅为0．48um,有效地提高了丝杠测量精度。     

基于舰载光电跟踪仪的舰炮对海射击报靶方法

针对大中口径舰炮对海射击训练时,缺少设备测量相对靶船中心的弹丸落点散布精度,提出了一种利用舰载光电跟踪仪交汇测量方法。以靶船型值为基准,利用靶船型值在屏幕上的像素尺寸,求出相对光电跟踪仪电视中心的弹着点线及偏置角,将两艘舰艇光电跟踪仪分别测量出的两条弹着点线相交,即可求出相对于靶船中心的脱靶量。给出了交会测量弹着水柱的数学模型,对测量精度进行了分析,计算结果表明脱靶量误差小于3m。     

一种单目视觉位姿测量系统的误差分析方法

针对单目视觉位姿测量传统误差分析方法中只考虑单一误差因素，分析结果与工程实际有较大差异的问题，提出一种考虑多误差因素共同作用的误差分析方法。根据单目视觉系统的测量范围和相机参数建立其位姿测量模型；综合考虑相机内参、镜头畸变、图像点、靶标三维点等误差因素，将其同时引入位姿测量模型进行分析；分析抑制不同参数误差及提高相机分辨率等在多误差因素共同作用下对位姿测量结果的影响，找到最有效的精度优化方法。采用小型机械臂手眼定位中的单目视觉位姿测量系统进行实验，结果表明通过抑制相机径向畸变误差和提高相机分辨率，能够有效地提升该系统的位姿测量精度，位姿精度分别提升6.57%、4.21%和5.88%、5.54%。