机载光电稳瞄系统实时被动测距方法研究

针对现有直升机机载光电稳瞄系统高精度角度测量和角速率测量的特点,提出一种利用测量目标相对角度和角度变化率等参数实现目标实时被动测距的方法。建立了机载稳瞄平台对地面固定目标定位的数学模型,提出利用系统旋转变压器测量目标角度,利用惯性速率陀螺测量目标角度变化率。该方法使得目标角度变化率的测量精度(优于0.1 mrad/s)比一般光学方法提高了一个数量级。利用扩展卡耳曼滤波(EKF)算法提高目标距离估算精度,保证测量结果的稳定性。理论仿真和外场验证实验结果表明,该方法可以实时估算目标相对载机的距离,适合于武装直升机快速实时目标定位。     

基于二维细分技术的时栅信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性能及测量精度,提出了一种基于FPGA和二维细分技术的时栅位移传感器信号处理系统。利用二维细分技术对插补脉冲进行倍频处理,降低了对插补脉冲频率的要求,通过倍频后的高频脉冲插补时栅感应信号和参考信号之间的相位差完成了时栅角位移的测量,提高测量精度。该系统在FPGA内基于NiosII软核完成数据的采集和处理,简化了系统,并加入自定义指令提高了数据处理效率。实验表明,采用该系统后,时栅位移传感器在960MHz插补脉冲下测量误差峰峰值为±1.3″,实现了时栅的高精度角位移测量。     

飞机交流电源特性参数测量研究

飞机机载电源系统供电品质直接关系到飞机用电设备可靠工作和飞行安全,为此,2006年国际标准组织推出了新的机载电源标准ISO1540-2006;本文根据该标准要求,提出了一种机载电源的稳态和瞬态特性的测试的实用方法;建立了测量的数学模型;采用虚拟仪器技术,设计硬件测试平台,包括功率因数可调的大功率数字化程控负载和计算机数据采集系统;基于LabVIEW开发了测试软件;为满足暂态特性的测量要求和精度要求,采用了NI高速高精度数据采集卡,实现了较高的测量精度,综合测量误差小于0.5%,并在暂态测量中,考虑了负载接触器吸合时间;该测试系统可以用来检验恒频机载交流电源的特性是否符合国际标准要求,以保证飞行安全。     

两轴四环架稳定系统抗扰性能分析

两轴四环架稳定是一种高精度的陀螺稳定方案,广泛应用于机载光电侦察吊舱等侦察监视设备中.分析了两轴四环架稳定平台的主要扰动源及其对系统的影响,根据多框架光电稳定平台的结构推导出各框架的运动学耦合方程,并且分析了该光电稳定平台在抗扰性能方面的主要优点.对两轴四环架系统控制模型的仿真计算表明两轴四环架稳定系统的稳定精度为0.04mrad.     

某机载瞄准系统精度评估测试方法

为了评估某型机载瞄准系统的精度,根据飞行试验参数测试需要,提出了通过图像测量与DGPS融合处理方法进行瞄准精度评估的试验方案。该方案利用飞行试验获取的图像数据与其他测量数据相结合,建立精度评估的方法,该评估方法在该机载武器瞄准系统精度评估得到应用,并且可在同类试验课题中推广应用。     

法布里-珀罗板正弦相位调制型高精度角位移测量

提出了一种基于法布里-珀罗板和正弦相位调制干涉术的角位移测量新方法。采用CCD探测法布里-珀罗板两透射光束光斑的中心距,通过运算得到了入射光的初始角,解决了采用法布里-珀罗板干涉法测量角位移需确定入射光初始角的问题。采用正弦相位调制干涉术通过测干涉信号的相位来测量物体的角位移,增强了对杂散光的抗干扰能力,减少测量误差,提高了测量精度。理论模拟和实验结果表明本方法可以实现精度为10^-8rad数量级的高精度角位移测量。     

新型机载光电平台万向架及其关键技术

介绍了国外新型机载光电平台万向架及其涉及的关键技术。结合机载光电系统装备产品发展趋势,叙述了机载光电系统万向架平台技术现状,从万向架平台配置、隔振形式以及稳定精度等方面做了介绍;从任务集成、高精度稳定以及运动补偿等方面分析了机载光电系统对万向架平台提出的更大任务传感器布局空间、更强的运动补偿功能以及更高的环架稳定性能等要求;研究了国外新型的无约束驱动-主动随动和并联式-主动随动机载光电万向架平台创新技术,结果表明,国外新型机载光电平台万向架在任务负载/万向架质量比大于1的基础上,实现了3轴优于5 μrad的稳定性能;最后提出了新型机载光电万向架平台关键支撑技术。     

动态实时光学精密水平姿态测量方法EI北大核心CSCD

为了解决运动载体(如车辆、船舶和飞机等)实时精密水平姿态测量的问题,基于液体自动水平原理,提出了采用"光学编码精密测角+惯性同步复示平台+水平误差检测工具"的水平姿态测量方案,并进行了码头船舶动态原理验证试验。结果表明,测量原理正确、有效、可行,试验设备与惯导设备的水平姿态的差分差值小于等于2.0″[均方根(RMS)值]。该方法可以为运动载体(例如各类军用武器发射平台)实时提供高精度的水平姿态信息,并用于运动载体水平结构变形测量、惯导水平精度鉴定等。     

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。     

一种自适应安装的高精度图像式角位移测量装置

采用图像探测器的角位移测量技术可实现高精度高分辨力角位移测量。为提高角位移测量装置的鲁棒性,本文设计了一种自适应安装的高精度图像式角位移测量装置。其装调过程非常简便,且可以保证在标定光栅存在偏心时具有高分辨力和高精度测量输出。首先,提出了基于双线阵图像传感器的测角装置设计原理,并设计了单圈绝对式标定光栅。然后,采用基于质心算法的高分辨力细分算法进行细分,并采用双线阵图像传感器对测角误差进行误差补偿。最后,设计实验装置测试自适应安装的性能。实验结果表明,当标定光栅的偏心度在±1 mm以内时,所设计装置可以实现高精度和高分辨力的角位移测量。本文所设计的装置可以在标定光栅存在±1 mm的安装偏心时保证输出精度,为小型角位移测量装置适应性的提高给出了解决方案。     

纳弧度分辨力角位移传感器及平均灵敏度标定

给出了基于六次临界反射棱镜的精密角位移传感器,采用的是差动式结构。实验结果表明,传感器灵敏度高,量程为500μrad,具有5nrad的分辨力。提出了适合于小量程角位移传感器的平均灵敏度的标定方法,可以快速标定平均灵敏度,降低标定过程中标定系统及传感器自身漂移对标定精度的影响。     

单色器晶体角度微振动的高精度原位检测技术

为实现对双晶单色器角度微振动的原位测量,设计了基于双频激光干涉仪的双晶单色器晶体角度微振动测试系统,并搭建了实验平台。激光经干涉计偏振分光后射向被测晶面,对反射信号调制解调求得晶面两端的位移偏差,从而高频获取晶面的角度位移信息。通过数据预处理可以有效去除夹杂在数据中的噪声及直流分量,应用快速傅立叶变换处理得到晶体角度振动的频谱信息,准确获取对晶体稳定性产生影响的特征频率,从而分析影响晶体稳定性的主要振源。该方案可实现晶体角位移的高频采集,分辨率高达25 nrad,并能准确分析出不同振源影响下晶体微振动的情况,为单色器结构优化提供参考。     

激光光栅和反射镜姿态调节的高精度开环控制

为了提高高功率激光物理实验中激光束的精密对准度,提出了一种对激光光栅和反射镜姿态进行可视化、高精度调节的开环控制系统。该系统设计为由上位机、下位机和角位移微调机构等部分组成。从应用层通信协议、HostLink(Fins)协议和三维姿态模拟等方面介绍了上位机监控软件的设计;从步进电机驱动器复用、PLC电机断电相位记忆和下位机梯形图程序框图等方面讨论了下位机PLC控制系统设计;分析了角位移微调机构中通过把丝杆螺母的直线微位移转换为角度微位移来达到高精度转角分辨率的实现原理;并用实验数据验证了实际转角分辨率达到高精度设计要求。结果表明这种开环控制系统能够很好的实现对激光光栅和反射镜转角的高精度调节控制,对其他类似实验设备的高精度角度调整也具有借鉴意义。     

角位置敏感探测器及其有限元分析

介绍了一种基于半导体横向光电效应的角位置敏感探测器的结构设计,采用有限元方法对该角位置敏感探测器的输出特性:线性度、角度精度及响应灵敏度,进行了模拟计算,在较大的角度范围内(如90°)进行测量,得到了很高的线性精度(小于0.04%)和角度测量精度(约20″)。分析讨论了材料电学参量及模型结构参量等因素对其测角精度的影响,通过优化选取材料及结构参量,可以使线性度(小于0.01%)及精度(小于1″)更高,能够用于高精度的角度测量。     

五维自由度衍射光栅精密测量系统（英文）

为了在保证结构简单的前提下,实现衍射光栅精密测量系统的大量程、高精度、多维度测量,设计了能够同时测量位移和角度的五维自由度衍射光栅精密测量系统。基于利特罗对称式光路结构,采用高刻线密度的一维衍射光栅以及外差干涉原理实现了沿光栅矢量方向和光栅法线方向的二维位移测量;通过引入高精度的位置灵敏探测器,结合±1级衍射光与光栅之间的角度变化关系实现了对光栅俯仰、偏摆和滚转三个维度的角度误差测量。实验结果表明:该衍射光栅精密测量系统能够实现分辨力优于4 nm的二维位移测量以及分辨力优于1″的三维角度测量,其位移测量范围只受限于光栅的尺寸,量程大大增加。该衍射光栅精密测量系统在精密测量领域有重要意义。     

Parallel Plate Interferometer with a Reflecting Mirror for Measuring Angular Displacement

A parallel plate interferometer with a reflecting mirror for measuring angular displacement is proposed. A deflection angle of a beam caused by an angular displacement is amplified by use of a reflecting mirror to increase the optical path difference (OPD) in the plane-parallel plate, which provides high sensitivity of the phase measurement. Detection of light transmitted through the plane-parallel plate with a position sensitive detector (PSD) enables high accurate measurement of the initial angle of incidence to the plane-parallel plate with insensitivity to stray light. The improved parallel plate interferometer achieves a measurement repeatability of 10⁻⁸ rad.     

正交偏振激光角度测量技术综述

机械导轨运动副滚转角的高精度测量一直是一个难题。研究了很多光学方法,但由于其角位移方向正好垂直于探测光束,所以仍没有得到很好的解决。利用激光偏振面对旋转的敏感性,通过测量由此引起的正交偏振激光光强、相位或频差的变化,可有效地解决滚转角的测量问题。介绍了目前国内外基于正交偏振激光的滚转角测量技术,根据其测量原理分为光强差测量、相位差测量和频率差测量三类。对每种测量方法的原理和发展现状进行了评述,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。     

一种大气折射数据修正方法

讨论在靶场光学测量中,大气因素如何影响测量结果.通过建立大气折射率与测角误差之间的数学模型,用计算机软件对大气折射造成的测角误差进行修正.     

基于叠栅条纹的光刻对准理论分析及标定方法

在线光栅用于纳米光刻对准理论的基础上,为实现光栅方向的标定和掩模硅片对准,提出一种利用相位斜率消除角位移的新方法,并给出线光栅标记及其对准原理。在对准前,掩模对准标记和硅片对准标记存在角位移,重点讨论了此种情况下叠栅条纹的特性以及与光栅物理参数的关系,并给出了相应的计算公式。基于傅里叶频域分析法,对叠栅条纹频率成分与条纹的关系做了简要分析。利用提取叠栅条纹行列方向的一维相位,通过数据拟合,得出了相位斜率与角位移的内在关系,实现了条纹方向的标定。模拟实验结果表明,该方法简单可靠,可分辨的最小角位移低于0.02°。     

法拉弟磁光效应实验中介质色散特性测量方法的改进

提出利用入射角、偏向角及折射率的函数关系,以多个非近零变化率点测量及其最小二乘法的非线性拟合得到较小不确定度的系列谱线的折射率,进而获得较高精度的色散特性关系。克服以最小偏向角方法测定时临界位置主观随机影响大的局限性。从而实现基于法拉弟磁光效应的电子荷质比的高精度测量。