航天相机热实验测试系统设计

为了检测航天相机在高低温环境中的电子学性能及可靠性,针对某型号航天相机地面热实验测试需求,设计开发出了一种热实验测试系统,详细介绍了系统的软硬件设计方案及控温策略。系统使用人机交互界面实现热控策略,能实时完成最高80个测试点(160个温度传感器及80路加热器)的控温任务,可以在－30℃～＋50℃范围内对航天相机进行全方位的温度监控,最高控温精度达到0.5℃。经过实际测试验证,系统具有很好的稳定性,能满足航天相机地面热实验的测试需求,工程应用价值高。     

基于空间直线预标定检测光学元件面形的研究

基于斜率检测的相位偏折术能够快速、简单、准确地测量光学元件面形和透射光学元件畸变波前。借助点光源显微测量系统对参考点坐标的准确测量提出了空间直线预标定的方法,利用它得到了相机中CCD面阵上每个像素对应每条光线的方向向量,通过每条光线的方向向量和被测面方程,追迹得到了被测面的世界坐标,从而求出被测面上各点斜率,采用波前重建算法,实现了光学元件面形的准确重建。实验结果显示,拟合面形去掉Zernike多项式前4项的RMS数据与干涉仪的测量结果最大相差仅约10nm,并且实验中重建的面形与利用张正友提出的标定方法坐标计算重建的面形几乎相同。因此,空间直线预标定法切实可行,可以实现高精度的反射光学元件面形测量,且测量系统简单,具有应用价值。     

基于联合变换相关的机载航空相机像移测量

为了提高像移测量精度,针对机载航空摆扫相机提出一种坐标变换法和图像相关法相结合的像移测量方法。利用坐标变换法得到初始像移速度,利用图像联合变换相关法对像移速度残差进行补偿。联合图像通过一个面阵CCD获得,该面阵CCD放置在相机焦平面上并与成像线阵TDI CCD平行,其输出的当前图像与参考图像合并构成联合图像进行二维空间联合变换相关运算,得到像移修正矢量。对该矢量分别在相机摆扫方向和载机飞行方向进行分解,从而得到摆扫像移和前向像移的修正量。仿真实验结果表明,在输入图像信噪比为4 dB时,像移测量误差在0.1 pixel以内。     

光栅投影相位法系统模型及标定方法

本文针对传统投影光栅相位法的光学三角法模型进行了改进,采用直入射光路并配合使用一种简便易行的标定方法,只需使用相移公式求取相位差,而不会引入与系统几何位置关系有关的量,简化了求取高度矩阵的要求。实验结果表明,新系统模型精度良好,测量误差为0.107 mm。采用该模型和标定方法可以克服传统方法系统模型的局限性,最大限度减少误差源并提高抗干扰性。     

基于特征圆单目视觉的飞机舵面角位移标定技术

提出了一种基于特征圆单目视觉的非接触式飞机舵面角位移标定技术。用一台数码摄像机对固定在飞机舵面上的特征圆进行拍照,经数字图像处理后确定五个特征点的坐标,利用针孔成像和射影变换原理建立物像空间坐标解算模型,计算出特征圆的法线相对方向和圆心的相对位置,舵面角位移由该圆的法线方向确定。仿真结果表明,该方法具有标定过程简单、实时、快速和准确的特点,标定精度可达到0.1°。该技术也可用于航天器上实时测量交会对接时的相对位姿参数。     

一种大视场相位测量轮廓术系统标定方法

在进行大视场相位测量轮廓术系统参量标定时需要大的标定平面和精密移动台,由于携带不方便,不易进行现场标定。提出了一种用于相位测量轮廓术系统参量的高精度、现场标定方法,采用一块较小的平面标定靶在有效测量体积内不同位置多次摆放,以获取密集的数据点。先标定出摄像机的内参量和外参量,再指定一个全局参考平面和若干辅助参考平面,然后在图像平面上分区计算出每个位置标定靶上每点相对辅助参考平面的高度差和相位差,最后应用极大似然估计法估计出相位高度映射参量。实验中平面高度测量的标准偏差达到0.0433 mm。这种方法只需要较小的平面标定靶,标定过程方便、精度高,完全适合大视场三维测量相位测量轮廓术系统现场标定要求。     

一种锚泊条件下捷联惯导系统级标定方法

捷联惯导的误差参数标定,一般是在实验室静基座或外场轻微晃动干扰基座下进行的,不能满足舰船出海期间在锚泊条件下对捷联系统进行标定的需求。针对此问题,提出了一种舰船锚泊条件捷联系统级标定方法。通过设置合适的卡尔曼滤波器量测误差参数和延长系统级标定时间,来减小锚泊运动的影响,使系统级标定结果准确稳定。通过设置不同的惯导系统误差,进行多次锚泊条件系统级标定仿真,对所提方法进行验证。仿真结果表明,在经过系统级标定后,加速度计零偏误差小于10μg,陀螺和加速度计的刻度系数误差小于30ppm,两者的安装误差角小于10'。舰船锚泊条件系统级标定方法可以在舰船出海后不依赖外部测量信息标定惯导的部分参数,具有一定的应用参考价值。     

一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计

针对三浮陀螺在单表测试和惯性平台标定过程中陀螺姿态变化时浮子跑动距离远、等待恢复时间长而影响平台标定快速性的问题,提出了一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计。在分析浮子的运动规律的基础上建立了浮子动力学模型和径向磁悬浮最小电磁力设计模型,并在现有约束条件下对径向磁悬浮进行电磁结构优化,提升其力能特性。实验结果表明,优化后浮子跑动距离由5μm减小到0.2μm以内,浮子回中等待时间由60 s缩短至10 s以内。在相同的标定环境下,陀螺姿态变换到位置后120 s开始采数,标定精度同比提高了约1个数量级,预计可以节约平台标定等待时间6～8 min,有效提高了三浮陀螺仪的标定快速性。     

曲面相机阵列多分辨成像方法

针对现有成像系统因数据冗余而无法兼顾大视场、高分辨、高效性的问题,结合人眼视网膜变分辨成像和并列式复眼成像原理,设计一种多分辨率成像的复合仿生成像系统.该成像系统按照球面和平面兼顾的曲面布局方式,利用11个相机镜头构建相机阵列,组成了四个等级分辨率的子眼拍摄模块.通过物距100 m的远景实验和物距10 m的近景实验发现,该系统在实现高分辨成像的同时,获得总视场达150.8°×37.8°.多分辨率成像实验结果表明,该系统获取的图像的分辨率从中心视场到边缘视场逐渐降低,并且相较于中心清晰全视场成像,四级分辨率成像的拼接图像数据量减少了17.2倍的数据冗余.     

铜-康铜热电偶的低温不均匀性实验研究

从冰点到液氮温度的宽低温区内,对随机选取的铜-康铜热电偶进行了重复性精度标定.测试结果表明,多次断偶重复焊接行为将产生约0.272 mV的标准差.这意味着在液氮条件下,温度测量过程的最大误差将达8.98 ℃.所以,对现场、尤其对深冷区的现场进行精确测温实验中出现的断偶故障,重新焊接后必须重新标定才能继续使用.