潜望式观瞄系统的瞄准轴系误差分析与调校

瞄准轴系影响到潜望式观瞄系统的测角精度。根据潜望式观瞄系统的典型光机结构,分析引起瞄准轴系误差的来源,采用矢量反射和旋转原理建立数学模型,给出方位轴、俯仰轴、瞄准轴和反射面误差对瞄准轴系的影响关系。同时,确定了与之相应的调校技术方案,明确了调校过程中的每一项控制要点,给出了联调与检测方法。通过实际产品调试验证,瞄准轴系精度可达0.1 mrad。     

潜望式光电仪器轴系误差的精确数学模型及计算

轴系误差是影响潜望式光电仪器测角精度的重要因素,传统轴系误差模型使用大量数学近似,存在适用局限性。将轴系误差的产生用坐标变换的方法来表现,建立了一种精确的数学模型。推导了高度角误差与方位角误差的微分计算方法,在MATLAB上进行了仿真计算,验证了模型的正确性。该模型综合考虑了各种误差的影响,不存在数学近似引起的原理误差,为潜望式光电仪器的轴系误差补偿校正提供了参考。     

双反射镜式光电经纬仪测角误差的分析(轴系部分)

双反射镜式光电经纬仪由于采用了反射镜跟踪头,轴系误差对测角精度的影响不同于典型光电经纬仪。本文从建立经纬仪三维直角坐标系入手,建立了该类型经纬仪轴系误差引起测角误差的数学模型,为精度分析和误差修正提供了依据。     

光电探测系统半参数模型运动学标定

针对光电探测系统高指向精度要求,提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成,运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量,建立半参数模型,应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据,分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明:系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″,指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性,且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。     

光电稳瞄系统装调的关键技术

鉴于光电稳瞄系统的复杂性和科研开发的不可预见性，传统装调技术远不能满足产品科研设计发展的需求。着重分析探讨了光电稳瞄系统中各探测器光谱范围的差异性、光学平台结构的复杂性、光学轴系与回转轴系的一致性带来的精度难以实现的关键技术问题。通过多组自准直仪架设空间过渡基准，采用特定的大口径光轴调校装置，解决了光轴平行性调校问题。以调校光学轴系与机械回转系统的同步精度为出发点,确定了各部件之间的装配及装配误差的影响。通过设计的方位/俯仰天顶测量仪，解决了回转轴系正交性精度调校难题，实现了传统工艺方法和普通调校装置无法达到的设计指标和精度要求。     

基于有限包络圆的光电平台传感器布局设计

为保证光电平台视轴稳定精度,在装配阶段需要通过配平来最小化其静不平衡力矩。为降低某两轴四框架形式机载光电平台的静不平衡力矩,建立了一种多传感器布局优化设计方法。以各传感器的布局位置为变量,基于有限包络圆方法实现各传感器间的不干涉约束,快速得到具有较小静不平衡力矩的传感器布局方案。该方法成功将某光电平台关于内方位、内俯仰运动轴系的静不平衡力矩分别降低了45%和68%,有效降低了配平质量,提高了光电平台性能。     

光电设备中球罩的视轴误差研究

光学窗口是光电设备中必不可少的光学元件,对处于大视场成像或全方位扫描工作模式的光电系统,常采用曲面形式的同心球罩作为光学窗口。球罩加工过程中的球心偏差和装配过程中与光电系统入瞳中心的偏差都会对光电系统的视轴角度带来误差。推导了球罩加工、装调误差对光电系统视轴影响的数学表达式,分析了各误差对光电系统视轴的影响,得到了球罩的各误差环节对光电系统视轴影响的规律,对球罩的设计和在光电系统中的使用具有重要的意义。     

地平式望远镜跟踪机架结构设计与分析

针对某700 mm口径地平式望远镜系统，提出了一种U型跟踪架的结构设计方案。跟踪架结构中方位轴系采用双排密珠球轴承，轴承设计为双排轴向止推钢珠及双排径向钢珠结构，滚珠的密集及均化作用可保证轴系具有高回转精度。俯仰轴系设计采用一端固定、一端游动的结构方式，以补偿机械误差及热变形对回转精度的影响。对望远镜跟踪架进行有限元建模，分析得出其一阶谐振频率可达到47.6 Hz，说明它具有良好的模态特性。使用电子水平仪及自准直仪分别对方位轴及俯仰轴进行定量检测，方位轴轴系晃动优于1.3″，俯仰轴轴系晃动优于1.8″。通过仿真分析及实验测试，证明设计的望远镜跟踪架结构具有高刚度及高回转精度，为同类跟踪架的结构设计提供了一定的参考价值。     

机载光电平台目标交会定位

根据直线交会测量原理,构建了机载光电平台目标定位数学模型。首先建立5个坐标系,确定了坐标系之间的变换关系,在地心直角坐标系下,根据光电平台观测目标的方位和俯仰角度参数,结合飞机的位置和姿态测量参数,通过坐标变换确定从光电平台到目标之间的观测直线方程。选择一组目标观测直线建立目标交会测量目标函数,根据最小二乘原理,建立关于直线交会点坐标的线性方程组。解出直线交会点的三维坐标并根据从地心直角坐标系到大地地理坐标系的变换关系,计算目标的大地经纬度和高程坐标,通过样本数据进行交会定位精度实验。实验结果表明,本文方法定位结果和实际测量数据接近,经度误差为0.65",纬度误差为0.82",高程误差为5 m,验证了本文方法的准确性。本文方法有效可行,对机载光电平台目标定位具有实用价值。     

基于船姿测量的舰载光电经纬仪视轴稳定方法研究

利用船姿测量仪和光学编码器测出视轴稳定初始时刻的纵横摇角度和经纬仪方位俯仰角度,通过坐标变换技术将稳定点从甲板坐标系转换到大地坐标系中.实时测量由舰船摇摆引起的纵横摇角度变化量和编码器角度变化量,计算出视轴稳定点在大地坐标系中的偏离误差.利用伺服控制系统有效地补偿该误差,由此达到舰载光电经纬仪视轴稳定的目的.实际舰载跟踪试验证明了本文设计的视轴稳定系统准确度高,能够较好地隔离船摇对经纬仪视轴稳定的影响.     

大俯仰角度的两轴两框架平台稳定技术

为了解决大俯仰角度方位平台稳定性能降低的问题,利用两轴两框架稳定平台稳定原理,分析在传统方位陀螺安装方式下,大俯仰角度时方位平台稳定性能降低的原因以及正割补偿带来的噪声等问题,提出在方位平台上安装2个正交的方位、横滚陀螺,解算出瞄准线方位惯性角速度,从而实现大俯仰角度下的方位稳定控制方法。仿真实验验证了该方法可以提升大俯仰角度下两轴两框架平台的方位稳定控制性能,减小陀螺噪声对控制性能的影响,在同等条件下,方位稳定误差峰峰值由450 urad减小为250 urad。     

周视大像旋稳海天线向量角补偿算法

为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标,在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上,推导出焦平面坐标系铅直轴的方向向量和该坐标系下海天出射平面法向量夹角的余弦表达式.该式求反余弦后减π/2,得到焦平面铅直坐标轴的方向向量和海天出射平面法向量小于π/2的夹角,该夹角的0.5倍作为俯仰反射镜的净作动量,目的是克服非线性像旋使包含目标信息的虚拟海天线的像线通过焦平面中心.该算法与方位补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点.通过数学模型仿真和真实工况试验都验证了俯仰机构位置环海天线向量角补偿算法的合理性.     

大视场电视经纬仪摄像系统的标定研究

利用电视经纬仪的跟踪测量功能，以平行光管作为目标，实现了对摄像系统重要参量的精密测量.结合高准确度轴角编码器，可以对焦距进行标定.通过方位和俯仰方向的角位移，利用镜头畸变的轴对称性，可以确定光轴的位置.对整个视场进行抽样采点，得到一个畸变的网格场，通过拟合得到畸变系数，可以进行高准确度畸变修正.     

周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法

 为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标,在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上,推导出以目标像点和像旋中心线距离作为补偿截距的周视大像旋稳海天线方位截距补偿算法。通过对补偿截距与系统焦距的比值求反正切函数得到补偿角的绝对值,将目标像点和像旋中心点坐标转换到方位旋转坐标系下,并以转换后二者横坐标的代数差正负号作为补偿量的符号判据。该算法是在存在非线性大角度像旋情况下使目标像点逼近像旋中心线,与俯仰机构的向量角补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点。数学模型仿真验证了单次补偿能够将残差减小到1%左右,真实工况试验也验证了方位截距补偿算法的合理性。     

Effect of plane-mirror installation errors on pointing errors in periscope-type satellite optical communication terminals

In a satellite optical communication system, the pointing error is an important factor that strongly influences the system performance. For periscope-type satellite optical communication terminals, installation errors of 45° plane mirrors in the coarse point apparatus (CPA) can lead to pointing errors. In this respect, we classify the installation errors of two 45° plane mirrors in the system and derive the corresponding ??transfer?? matrices to describe them. Furthermore, we establish mathematical models of the pointing error caused by installation errors of 45° plane mirrors. These models allow one to calculate and compensate the pointing errors in periscope-type satellite optical communication terminals. The results of our simulations show that the pointing errors vary with the elevation axis angle but do not depend on the azimuth axis angle. Compared to the side-angle error, the slope-angle error brings a larger pointing error. However, the mathematical model we developed allows one to compensate more than 99.9?% of the overall pointing error. The present work provides a theoretical basis for the design of periscope-type satellite optical communication terminals.     

精密工程测量仪器及数据处理

针对某精密工程测量仪器中的测控系统采集外设信息、分析处理测量的数据,并集中控制各设备的需求,从系统的整体设计考虑,实现了该系统控制器的硬件电路设计以及驱动程序开发。系统硬件采用ARM9处理器AT91RM9200芯片作为控制器的核心,对控制器进行了各部分电路的设计,同时基于实际需求完成应用程序的设计并对系统的测角误差进行分析,推导其形成机理。为了提高测量精度和方便操作,分析了系统横轴倾斜、竖轴倾斜、视准轴倾斜等引起的测量误差,通过建立数学模型、同时采用电子补偿器对系统进行补偿和校正。     

大视场多CCD拼接相机标定方法研究

介绍了一种多CCD拼接弹道相机的标定方法和步骤,以及标定系统的原理及组成。对相机的光学畸变和大视场拼接物像几何投影关系进行了分析,建立了相机数学模型,并采用最小二乘多元回归分析方法,通过测量相机的内方位元素计算畸变系数,确定了最佳条件下相机数学模型中的各个参数。实验表明利用该方法标定出相机精度方位角测角误差小于10″,高低角测角误差小于15″。     

二维振镜扫描系统调向误差分析

对比分析现有光束扫描系统的优劣,提出采用二维振镜扫描系统作为多光谱集成靶标的光轴调向装置,光轴调向装置的调向精度影响多光谱集成靶标的校准精度。通过对二维振镜扫描系统调向误差进行分析,建立二维振镜扫描系统调向模型,并进行了二维振镜扫描系统调向误差测量实验。结果表明:二维振镜扫描系统的方位角误差和俯仰角误差小于8″,调向角误差小于9″,调向误差小于10″,能够满足多光谱集成靶标光轴调向精度要求。     

光电经纬仪动态测角精度随机误差检测方法研究

为了实现光电经纬仪动态测角精度随机误差的检测,进一步提高光电经纬仪的检测能力,进行了光电经纬仪动态测角精度随机误差的研究。基于布尔萨坐标转换原理,通过严格理论推导,得到动靶标方位值和俯仰值的理论公式。以光电经纬仪的方位角A、俯仰角E以及采样时间t等基本参数为基础,结合动靶标方位值和俯仰值的理论公式,得到A和E的理论真值,再与光电经纬仪测得值A和E进行比较,得到光电经纬仪动态测角精度随机误差。提出一种检测光电经纬仪的动态测角精度随机误差的新方法,为光电经纬仪动态测角精度随机误差的测量提供了新的思路。