飞机尾翼转角测量系统设计

针对飞机尾翼转角测量及远距离监控问题,设计了一种基于数字式MEMS加速度传感器测量飞机尾翼转角的测量系统。分析了电容式加速传感器测角原理;利用数字式MEMS加速度传感器ADXL345,结合无线ZigBee技术采用CC2430模块,以嵌入式STM32单片机作为控制器构建了一种测量飞机尾翼转角大小的测量系统。采用三维转台对飞机尾翼转动进行了模拟,完成了±90°范围内转角的测量。实验结果表明,在±90°转角范围内,测量误差的最大值为0.277°,满足小于0.3°的误差要求。该测量系统可以有效地完成飞机尾翼转角测量工作。     

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。     

基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法

提出了一种基于光弹调制技术的波片相位延迟量测量方法,利用米勒矩阵对其进行了理论推导和误差分析。测量光路包括激光器、起偏器、光弹调制器、被测波片、检偏器和光电探测器,利用探测信号的归一化基频分量和二次谐波分量精确计算出被测波片的相位延迟量。该方法能测量紫外到红外光谱范围内任意相位延迟量的波片,误差分析表明其误差小于0.05°。实验验证了该测量方法的有效性,波片相位延迟量的重复测量精度为0.0048°。     

一种消象旋传动机构的设计与精度分析

本文提出了一种消象旋机构的结构形式.并对齿轮传动的结构方式做了重点介绍.通过对齿轮传动进行精度分析,可以得出传动过程中齿轮精度及传动误差对棱镜消旋系统正象精度的影响.     

纳米光刻中调焦调平测量系统的工艺相关性

随着半导体制造步入1xnm技术节点时代,光刻机中的对焦控制精度需要达到几十纳米。在纳米精度范围内,硅片上的集成电路(IC)工艺显著影响调焦调平系统的测量精度。基于实际的调焦调平光学系统模型和三角法、叠栅条纹法测量原理,建立工艺相关性误差模型。研究表明,工艺相关性误差主要来源于测量光在光刻胶涂层内部的多次反射。选取3种光刻胶仿真分析发现,不同光刻胶的工艺相关性误差随光刻胶厚度的变化趋势相同,随测量光入射角(45°~85°)的增大而减小。在实验验证平台上分别测量7种工艺硅片,实验测量值与理论模型计算值差异统计平均值小于6nm。结果表明,光刻机中调焦调平系统的测量光有必要采用大入射角度,同时提高光刻胶的涂胶均匀性,以减少工艺相关性误差。     

一种基于光栅的滚转角测量新方法

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。     

一种提高消防用光电观瞄系统激光测距精度的方法

针对消防用光电观瞄系统对激光测距的高精度要求,提出了一种提高激光测距精度的方法.该方法采用基于FPGA的延迟线内插技术来减小计数量化误差,并且以差分GPS标定数据为基准,运用分段线性拟合的方法对实测数据进行修正,通过与差分GPS标定数据比对试验验证表明,该激光测距系统精度可以达到0.8m,满足消防用光电观瞄系统≤1 m的测距精度要求.     

高精度滚转角干涉仪

提出了一种基于横向塞曼激光器的新的滚转角测量系统。该系统在已有技术的基础上 ,将测量放大倍率又扩展了 4倍 ,从而大大提高了滚转角的测量精度。系统以横向塞曼激光器出射的正交线偏振光作为测量光 ,首先经 1 /4波片将线偏振光变成微椭圆偏振光 (即进行微椭偏化 ) ,然后测量光通过作为传感器的 1 / 2波片 ,由直角反射镜将光路折回 ,使测量光再次通过作为传感器的 1 / 2波片。由于直角反射镜提供了合理的坐标变换 ,所以使得测量光在两次通过1 / 2波片时 ,偏振方向的改变被叠加了 ,相当于被测量的滚转角放大了 4倍。最后测量光经检偏器合成 ,再用光电探测器接收。由测量光的相位变化可以求出工作台的滚转角变化。在整周期内 ,测量光的相位变化与滚转角成非线性关系 ,但在特定的角度上会出现线性很好的滚转角测量灵敏度倍增区。采用这种方法 ,测量放大倍率可以达到 2 0 0倍 ,能够实现高精度的滚转角测量。使用分辨率为 0 0 0 3°的相位计 ,滚转角的测量分辨率可达到 0 1″。     

新型光电信号转换特性实验仪的研制

针对光电信号转换特性的测量实验仪存在的不足,对仪器的螺杆传动结构、暗箱结构、读数结构及更换器件部分做了创新性设计.该仪器能在正常的环境光照条件下做实验,较准确地读出光电转换器件间的变化距离(精度可达到0.01 mm),更能方便地更换研究的器件.     

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。     

基于聚焦物镜与PSD的激光对中测量方法研究

针对传统激光对中方法数学模型复杂、求解困难的不足,提出一种基于聚焦物镜与PSD的激光对中测量方法。该方法利用光学系统中视场与焦距的关系以及相似三角形的原理得到不对中的角度偏差和平行偏差,测量原理简单,求解方便。实验结果表明,当平行偏量和角度偏量的测量范围分别为0.5 mm~1.5 mm,0.047 7°~0.143 2°时,平行偏量测量误差范围为0.035 mm~0.207 mm,角度测量误差范围为0.000 2°~0.012 8°。最后对系统测量误差进行分析并提出一种消除安装误差影响的方法,给出了计算公式。     

导弹跟踪能力的目标源与条件保障车的设计

为了验证实验室环境下红外导引头跟踪能力的精度，设计了一套模拟飞行目标能量分布的目标源以及一款能够满足相应姿态条件的保障车。采用焦距为700 mm的离轴抛物面反射镜，满足2′束散角的要求，利用多个反射镜及离轴镜构成反射式平行光管，模拟空间距离，通过1%和10%两片衰减片与光阑孔调节，实现三档能量的需要。采用微调升降机构实现0°~10°俯仰角的调节，滚转机构用以满足0°~10°的滚转角调节，运用液压升降机构达到0~1 000 mm升降指标。依靠力学计算和静力学分析，得出升降臂的最大变形量为0.11 mm，最大应力为111.6 MPa，能够满足1 000 kg负载的要求，同时车架的模态分析所得到的一阶振型的固有频率为25.355 Hz，远大于产生共振的条件，满足所设计的目标源和条件保障车指标要求。     

一种对流层折射误差的实时简化修正方法

对流层折射误差是影响雷达测量定位系统精度的主要因素之一。针对VMF1(Vienna Mapping Function 1)用于对流层折射误差修正时存在的实时性差、分辨率低的问题，引入GPT2w模型并提供分辨率为1°×1°的相关参数，结合Saastamoinen模型构建形成SG-VMF1模型。基于新模型和映射函数法的计算原理，对4个IGS(International GNSS Service)测站在不同高度角时的对流层折射误差进行估算，并与射线描迹法的计算结果进行对比分析。结果显示:以结合IGS实测气象数据的射线描迹法的计算结果为基准时，利用SG-VMF1模型及相关理论计算的结果在高度角大于6°时RMS值可达到0.4 m，在高度角大于30°时RMS值可达到0.1 m，计算方法可行有效，且具有实时性和较高的分辨率。     

光电雷达红外调制检测技术

因红外调制检测技术用于检测扫描积分型光电雷达调制器的工作性能,为此设计一套与调制器固有属性匹配的光学传递和激光准直系统。运用标准伺服控制理论为调制脉码信号建立Ⅲ型条件稳定的轴系扫描模型,通过截获、跟踪视场切换及驱动电压调幅,使模拟红外汇聚的激光扫描光束与3°×3°、40′×40′十字靶标重合,计量扫描视场及零位精度偏差,采集标定反射镜振动位置和扫描频率的过零脉冲,用以实现红外信号调制性能的检测。测试结果表明,该红外调制检测技术对调制器扫描视场的精度测量优于0.5′(1σ),零位误差的精度测量不大于5′(1σ),系统检测的相对误差不大于±1%,满足光电雷达红外光轴瞄准线工艺装配的精度要求,可应用于线列扫积型调制器的性能检测。     

一种新型微机电系统扫描镜的谐振频率研究

在微光机电系统(MOEMS)技术的基础上,采用绝缘体上硅(SOI)的体硅加工工艺,设计并加工制作了一种新型的静电驱动的谐振式微机电系统(MEMS)扫描镜。介绍了其基本工作原理及结构设计特点;理论计算了圆形和方形两种结构的尺寸扫描镜的谐振频率,并利用ANSYS有限元软件进行仿真;设计并搭建了一个简单易操作的光学测试系统,对研制出的MEMS扫描镜(7.1mm×5.2mm)进行扫描角度测试。利用该器件参数激励的迟滞频率特性,对其谐振频率进行实际测量。同时,为验证其所测谐振频率的准确性,利用激光多普勒测振(LDV)系统对其进行测试。在工作电压10V,方形和圆形扫描镜的驱动频率分别为556Hz和596Hz时,机械扫描角度分别可达到约6°和5°,谐振频率分别约为300Hz和277Hz。并分析误差产生的原因及其结果。     

某型机载武器投放轨迹姿态测量方法研究

某型机载武器飞行试验中,由于测试用摄像机安装位置的特殊性,导致摄像机视场交会区域较小,无法采用常规影像交会测量的方法获取武器投放过程的轨迹、姿态运动参数,针对该问题,设计了一套适用于近距离、大倾角条件下的机载武器投放试验影像测试方案。通过设计90°和120°弯折光路的特殊弯管镜头,转换摄像机安装位置,解决武器投放影像获取问题,通过建立大倾角多摄像机联合计算模型,实现了武器投放轨迹、姿态的测量。实验室仿真实验结果表明,采用该方案轨迹最大测量误差不大于2 cm,满足飞行试验精度要求。     

椭偏法测量表面微粗糙合金钢材料的光学常数研究

采用椭偏法测量入射光波长为0.632μm,入射角为50°～85°时合金钢的光学常数。考虑材料表面的粗糙度,用Ohlidal-Lukes理论对所测光学常数值进行了修正,发现椭偏参量的修正量随入射角增大而增大。结果表明,测量入射角在50°～70°范围内测量值与修正后计算结果基本一致,在70°～85°范围内测量值与修正后的计算结果差距较大。因此,用椭偏法测量合金钢光学常数时使入射角小于70°,测量结果会更加准确。     

360°连续扫描的便携式三维激光雷达设计与开发

针对三维激光雷达在国内有巨大的应用市场,而国外商业三维激光雷达十分昂贵的现状,开发了一种360°连续扫描的便携式三维激光雷达系统。采用一个二维激光扫描仪与高精度转台连接,通过步进电机控制形成三维激光扫描。在分析系统误差来源的基础上,提出了系统误差校正方法,给出了三维坐标精确计算公式。实验结果表明,系统测量精度高,数据质量好。系统作用距离80 m,测距精度可达6 mm,测量速度每秒7256点,可满足室内室外大规模场景三维数据快速获取的需求,而成本仅是国外同类商业三维激光雷达价格的四分之一左右,且重量轻体积小,携带方便。     

快速高精度电动调整镜研究

高能激光合束系统中反射镜在工作前需要进行快速高精度的指向调整。设计了一种二维电控调整镜,系统主体采用一体化的柔性支撑设计,驱动采用步进电机配合减速机构带动螺杆实现,反射镜偏转角度的精密测量采用电涡流传感器,使用数字信号处理器（DSP）作为主控模块。对系统的工作原理和设计进行了分析,对系统标定方法和控制算法进行了深入研究。为了满足系统调整速度的要求,采用S形加减速算法作为调整镜的控制算法,采用分段线性的系统标定方法。最后对系统进行了实验测试,结果表明,在±500″角度范围内,调整镜到位时间在3 s以内,控制误差小于2″,可以满足系统要求。     

含有双层衍射光学元件的中波/长波消热差光学系统的设计

建立了工作在一定入射角度范围内的多层衍射光学元件的复合带宽积分平均衍射效率的分析模型。基于衍射光学元件所具有的独特的消色差和消热差性质,设计了一个含有双层衍射光学元件的工作在(3.7~4.8) μm和(7.7~9.5) μm红外双波段光学系统。光学系统的焦距为200 mm,F#为2。采用像元数为320×256、间距为30 μm的制冷型探测器。该系统在空间频率17 lp/mm时,中、长波红外MTF分别高于0.66和0.54;最大RMS半径小于11.702 μm;波前像差小于0.191 7λ;最大离焦量小于焦深;在-55℃~71℃范围内实现了无热化设计。入射到衍射面上的角度为0°~5.19°,该双层衍射光学元件在中波和长波波段的复合带宽积分平均衍射效率分别为99.81%和97.36%。含有双层衍射光学元件的红外双波段光学系统结构简单,像质优良,可以广泛应用于军事探测系统中。