天文/卫星组合点校捷联惯性导航系统算法研究

捷联式惯性导航系统通常采用卫星导航系统的位置、速度信息对惯导解算误差进行校正,但对于水下载体惯性导航系统而言,由于只能获得点位置信息,对惯导的校正精度以及校正参量有限。针对上述问题,提出了基于天文/卫星组合校正捷联式惯导技术,通过卫星精确定位信息和天文快速观测信息,全面修正惯导系统误差、提高导航精度。仿真结果表明,基于天文/卫星组合校正算法对惯导进行校正,相对于传统校正算法精度可提高约50%。     

基于二维振镜的多光谱集成靶标设计及应用

为了提高基于二维振镜光轴平行性检测方法的检测精度,简化测量操作步骤,设计了一种基于二维振镜扫描系统的多光谱集成靶标。通过多光谱集成靶板与LED照明光源结合,解决一靶专用中需要频繁更换、反复调校靶板及光源的问题。利用二维振镜进行十字分划中心对准,提高CCD检测方法的测量精度;采用像差优化的卡塞格林准直系统,改善十字分划成像质量。通过光轴平行性检测实验,多光谱集成靶标校准精度达到了0.10 mard,该精度满足多光谱光电系统光轴平行性高精度和自动化检测的要求。     

一种高精度测量坦克炮塔动态转角的方法

坦克炮塔相对底盘转角的测量精度直接决定了稳瞄系统与惯导系统的精度。目前,国内的主战坦克所配备的坦克炮塔,其相对底盘的转角测量装置的测量精度低,仅解决坦克车体的转向问题。针对稳瞄系统与惯导系统对坦克炮塔相对底盘转角的精度要求问题,提出了一种由光电定位系统、机械传动系统和旋转变压器组成的动态高精度测角装置,介绍了其工作原理和工作过程,对该测角装置进行光电自准直标定并对误差进行理论分析,最后通过上车实验证明该测角系统能够满足实际需求。实践证明:该测量系统能够在通电瞬间确认位置,具有绝对零位记忆功能,其测角精度为42。     

空间旋转多光轴平行性校准技术

空间旋转多光轴系统光轴平行性影响系统指向精度且校准难度高、耗时。基于空间旋转多光轴系统光轴校准原理,获得了校准理论模型;结合实验研究,建立了高精度光轴校准方案;以机械回转轴为基准,粗调准和精调准结合,以调整传感器安装面为粗调,借助双光楔实现光学量级的精校准;先校正可见光光轴与机械回转轴的平行性,再保证激光光轴与机械回转轴的平行性,最终保证可见光光轴与激光光轴的平行性。试验结果表明,该校准方案精度高,指标优于0.1 mrad,可用于实际工程装调。     

空间光电跟瞄系统多光轴平行性标校研究

为了解决空间光电跟瞄系统在真空环境下的多光轴标校问题,本文首先根据空间光电跟瞄系统的多光轴一致性检测精度要求,设计了一套多光轴标校系统。接着,对多光轴标校系统各子系统进行了详尽的误差分析,并给出了关键子系统的误差影响抑制方法。然后,对通信技术试验卫星三号的空间光电跟瞄系统进行了实验室环境与真空环境下的技术测试,分析了多光轴标校系统在两种测试环境下的误差来源以及测试精度,并给出了测试结果。最后,对多光轴标校系统进行了精度验证。最终结果表明:本文设计的多光轴标校系统在实验室测试环境下的标校精度为0.998″,收发平行度标定误差为1.165″;在真空测试环境下的标校精度为1.219″,收发平行度标定误差为1.359″,完全满足空间光电跟瞄系统1.5″的多光轴检测精度要求,为相关工程应用提供了技术支持。     

小波网络辅助卡尔曼滤波的捷联惯导传递对准

初始对准精度是捷联惯导系统的主要误差来源之一。针对舰载机捷联惯导的传递对准模型准确建模困难,且测量噪声和过程噪声随舰船动态而变化,这样就会降低滤波的精度,卡尔曼滤波有一定的局限性,提出了将小波神经网络辅助卡尔曼滤波器用于惯导系统的传递对准。把能直接影响卡尔曼滤波估计误差的参数作为网络的输入,进过样本训练后,把网络的输出与经过卡尔曼滤波得到的结果相加,实现了捷联惯导的传递对准的滤波功能。这种新算法在实际应用中的非线性情况下优于传统卡尔曼滤波方法。仿真结果表明了其实用性和有效性。     

具有视频输出的多光轴光学系统平行校正仪设计

设计了用于测量输出为视频图像信号的多光轴光学系统的光轴平行度校正仪器。测量仪器所采用的形心不变原理,介绍了测量电路的设计方法。仪器可定量测量和校准多光轴视频系统光学仪器的光轴平行度,经实验检验,仪器具有较高的测量精度。     

多光轴校轴仪调校关键技术研究

针对多传感器光电系统存在的光轴平行性调校需求,介绍了一种光轴跨距较大的高精度校轴仪及其工作原理。该装置核心为卡赛格林系统,其主镜采用了一种新型粘接与光学定中心方案用于解决受力变形,实际变形结果验证了该方案的可行性。通过精确调校卡赛格林系统以及检测光路的光轴平行性,文中的校轴仪理论检测精度可达10以内,因此其配合大口径离轴反射式平行光管使用时,能实现对多传感器光电系统光轴平行性的高精度调校。     

光电准直经纬仪的测量控制系统

测量控制系统是光电自准直经纬仪的核心部分,它直接影响了经纬仪测量失准角的精度.本文介绍了一种用于地面瞄准系统的经纬仪测量控制系统,该系统采用CCD作为光电传感器,通过一系列的信号处理及测量来求出图象落在CCD靶面的中心点,根据设定的数学模型求出失准角,从而完成自准直经纬仪系统的自动测出失准角的功能.     

机载光电系统稳定精度测试方法研究

提出了一种实时高频角位移测量的新方案，采用该方案可对机载光电系统动态稳定精度进行测试。该方案采用激光自准直测量，以及高精度、高响应频率PSD探测器传感稳定平台的角位移，有效解决了频率达500Hz角振动状态下的稳定精度测量。与传统的脱靶量测试方法相比，精度提高了几个数量级，优于10μrad。该方法可用于机载高精度稳定平台稳定精度的实时测量。     

长焦红外光学系统焦距的高精度测量技术

为提高长焦红外光学系统焦距测量的准确性,提出一种将干涉测量、光电自准和激光跟踪技术相结合的焦距测量方法。基于光学系统波前干涉测量光路,利用波前的power值对球面反射镜位置非常敏感的特性,结合激光跟踪仪的空间几何量精密测量和光电自准直仪的精密测角功能,实现长焦红外光学系统焦距的高精度测量。实验中对一理论焦距为1 520 mm的航空长焦红外光学系统进行测试,并结合测试设备的测量精度进行误差分析,5次测量的标准偏差为0.930 mm,测量误差小于0.2%,满足测试技术要求。结果表明这种方法用于长焦红外光学系统焦距的测量是合理可行的。     

基于导航系统的光电吊舱补漂方法

稳定精度是光电吊舱稳瞄系统的重要指标,为了减少在稳瞄控制中陀螺漂移对稳定精度的影响,需对陀螺漂移进行补偿。提出一种基于导航系统的光电吊舱测漂和补漂方法,即在光电吊舱测漂阶段,通过机载导航系统的位置数据、姿态数据及吊舱轴角值计算地球自转在平台中的分量,测量出更加准确的陀螺漂移;在稳定控制回路中,通过导航系统分别补偿陀螺漂移及地球自转分量。该方法可将陀螺测漂过程中的地球自转分量和陀螺漂移有效分离,并在稳定控制回路中实时调整地球自转分量,从而提高稳瞄系统稳定精度。试验结果表明:通过对比10 min常规测漂和基于导航系统的测漂结果,稳定控制漂移累积误差中俯仰角由常规方法的1.80°减少到0.04°,航向角由0.77°减少到0.04°。     

光学镜头轴线精确定心校准技术

目前,随着军用光学镜头结构复杂度以及性能要求的不断提高,传统装调手段误差大、一致性差的缺陷越发明显,为此,提出了光学镜头轴线精度定心校准技术以满足尖端光学系统的装调需求。首先,分析了影响光学镜头成像质量的误差来源;其次,提出了带数据反馈的闭环制造链原理,将整个光学系统研制环节结合成一个闭环;之后,针对现有装调手段的不足,从保证中心偏差和光学间隔两方面,提出了以定心加工为核心的镜组轴线精确校准方法,其光机轴线一致性达到秒级,尺寸精度达到微米级;最后,采用本文技术,设计研制了一套光学镜头,与传统镜头相比,焦距误差由1%提高至0.1%,分辨力由2.3″提高至2.04″。     

静态角标校装置的温度稳定性分析

静态角标校装置是由若干个平行光管组成测角场,形成角度基准,用于检验大型光电经纬仪静态测角精度。由于大型光电经纬仪对静态测角精度指标要求很高,因此对作为检验基准的静态角标校装置提出很高的精度要求,要求在24 小时内角度基准的稳定精度不大于2（rms）。针对这一要求,讨论了实验室环境温度变化对角度基准的影响,影响角度基准稳定精度的因素是平行光管光轴指向,通过试验说明实验室环境温度在一定范围的变化不会影响静态角标校装置中使用的卡塞格林反射式平行光管的光轴指向。当实验室温度变化超过规定的范围时,光轴指向会发生变化,静态角标校装置的精度将不能满足要求。为实验室建设提出环境保障的明确要求,确保测量的准确性。同时通过光学设计分析软件计算结果说明:光管制造材料的不均匀性及装配间隙、应力等因素是影响光轴指向变化的主要原因。因此在光管设计时应充分考虑这些因素的影响,合理分配公差,减小装配应力,使环境温度变化对光管光轴指向的影响最小化。     

某坦克炮长镜光学系统装调技术

为了解决坦克火控炮长视场稳定激光测距瞄准镜光学系统总装过程中稳像系统Z轴精度不高、校靶范围超差、装表范围超差、三轴平行性差的问题,提出炮瞄镜光学系统总装方法,通过采用光学自准直方法,将前置镜、高精度的平面反射镜工装、长焦距平行光管以及零位仪等设备调校建立瞄准轴零位基准,使三轴（瞄准轴、激光发射轴和激光接收轴）平行性的调校达标,并保证装表、校靶等有活动范围要求的光机部件的活动范围偏差合格,实现产品一次交检合格率由原来的60%提高到95%以上,产品的稳定性和可靠性得到提升,从而确保坦克火炮的首发命中率。     

基于多功能数据采集卡和变速PID的转台控制系统设计

为了提高采用转台对惯导系统和惯性仪表进行误差模型标定时的可靠性和精度,对角位置转台的控制系统进行了研究。首先借助NI公司PXI-8101控制器和功能强大的数据采集卡PXIe-6363对转台控制系统进行了硬件设计。随后在对转台常规PID控制方法研究的基础上提出了一种能随系统调节偏差自动改变积分项累加速度的变速PID控制方法。接着又对基于软件实现的双通道旋转变压器轴角解调算法进行了研究并提出了一种粗精组合角纠错方法。最后对本文设计的转台控制系统进行了测试实验,结果表明提出的轴角解调算法具有较好的解码速度和精度,并且变速PID控制方法大大提高了转台控制系统的自学习能力和鲁棒性,显著地改善了转台控制过程的稳定性。     

大尺度多光谱多光轴平行性检校系统

为对室内不拆装情况下大型或整车上的多谱段光电装备进行光轴平行性检校,设计了大尺度多光谱多光轴平行性检校系统。系统采用一个多光谱平行光管提供多个谱段的无限远目标,通过二维移动平台实现平行光管的室内大跨度移动。利用倾角传感器、双线阵CCD测量系统和姿态调整机构来恢复和保证平行光管移动前后的光轴平行性,实现室内分布在车体上不同轴距不同谱段光电装备的光轴平行性进行统一检校。系统设计方案和误差分析结果表明:该系统平行光管移动前后的光轴平行性总误差小于0.142 mrad,在提高检校精度的同时还大大减小了光轴平行性检校的工作量;各分系统中倾角传感器和姿态调整机构误差对系统总误差贡献最大,通过选用更高精度的分系统还可进一步提高系统的总体精度,满足更高精度装备的光轴平行性检校要求。     

基于旋转波片的斯托克斯参量检测与精度分析

用于偏振光学遥感器定标的参考光源,其偏振态的检测精度会直接影响偏振光学遥感器的定标精度,进而影响目标特性的反演水平。选用870 nm波段的水平线偏振光作为被测试的定标参考光源,通过旋转1/4波片(quarter-wave plate, QWP)对其光强进行调制。调制光强可表达为波片快轴旋转角度的傅里叶级数,采用傅里叶变换法反演出级数的系数,根据该系数即可计算出被测试光源的Stokes参量。给出10次测量各参量及偏振度的平均值、标准偏差、合成不确定度以及测量平均值与理论值的相对偏差。为提高测试精度,通过对波片快轴初始定位角度偏差Δα、延迟量偏差Δδ与检偏器透光轴角度偏差Δβ进行分析,提出了偏差修正模型。该模型通过Stokes参量检测偏差随Δδ和Δβ的变化趋势及实际偏差值,确定Δδ和Δβ的大小。结合模拟出的波片快轴初始定位角度偏差Δα,对实验装置加以调整,再次对光源的偏振态进行检测。结果表明,基于该修正模型测得光源的各Stokes参量与理论值最大偏差从未经修正的3.77%降低至1.41%。证实了基于本实验的原理、装置、测量方法及所提出的偏差修正模型可有效提高定标参考光源偏振态检测的精度。