关于测微准直望远镜等光学仪器瞄准误差的探讨

在使用光学仪器时,普遍存在一个问题,就是测微准直望远镜、工具经纬仪、精密水准仪、经纬仪等目视光学仪器存在瞄准误差。因而往往出现同一个人重复瞄准同一个目标,不同人瞄准同一目标,所获得的测量结果不一致。造成检验员与操作工人之间的矛盾,甚至怀疑光学仪器的安装准确度。     

雷达光机轴偏差的测量

精密测量雷达天线望远镜光轴与雷达机轴偏差会影响雷达的测角精度。在实际使用中,必须准确测出雷达的光机轴偏差,以此来修正实测数据,提高雷达的测角精度。本文简要叙述了光机轴偏差对雷达测角精度的影响,概述了四种光机轴偏差的测量方法,着重推荐一种新方法——自准直法。同时还分析了四种光机轴偏差测量结果及其适用性。     

三轴转台轴线垂直度的测试方法

为了测量中环轴、内环轴不能全回转的三轴转台回转轴线的垂直度误差,设计了利用自准直仪和平面反射镜将有限回转轴系轴线引出的方法。根据自准直仪读数与平面反射镜对回转轴线的垂直度误差、自准直仪的光轴与回转轴线的平行度误差之间的关系,利用最小二乘法引出外环轴处于不同位置时的中环轴轴线、内环轴轴线,实现了三轴转台轴线垂直度的测量。     

基于单轴速率转台的捷联惯测组合标定方法

针对传统的"位置+速率"捷联惯测组合(SIMU)标定方法标定时间长、对标定设备要求高,且需要北向基准等问题,提出了基于单轴速率转台的捷联惯测组合标定方法。该标定方法只用一台单轴速率转台。捷联惯测组合3个轴分别垂直向上及向下时转台匀速旋转一圈,通过对单轴速率转台的姿态角及捷联惯测组合测量模型进行适当的数学变换,分离出捷联惯测组合的误差系数。建立了标定模型,推导了误差系数的分离算法,编排了标定流程,给出了数据处理方法,通过试验验证了方法的有效性。该方法对标定设备要求低,无需北向基准,标定时间短,适合于中等精度捷联惯测组合的标定。     

极轴式望远镜系统误差修正模型推导

为保证极轴式望远镜轴系测量精度,需要对其系统误差进行修正。在分析极轴式望远镜测角工作原理的基础上,提出了利用欧拉变换方法推导其系统误差修正模型。采用该方法详细推导出望远镜的测角元件误差、极轴误差、纬轴误差、视轴误差等轴系误差模型以及镜筒下沉误差模型,并给出了极轴式望远镜的系统误差修正模型。该误差修正模型与采用球面三角学的方法推导出来的系统误差修正模型完全一致,欧拉变换方法由于只涉及到坐标的旋转与矩阵的计算,更容易理解和掌握。     

船载外测设备方位误差超标问题分析

针对航天测量船船载外测设备长期存在的方位误差超标现象,研究了测量船轴系误差修正方法和船载设备角度误差修正原理,发现测量船船载外测设备光机偏差修正模型与方位零值标定方法不匹配,存在重复修正光机偏差误差的现象,从而导致该项误差偏大时引起方位误差超标。提出了测量船方位零位以机械轴为基准标定时的光机偏差修正的改进模型,并利用测量船校飞数据和卫星发射测量数据进行了仿真测试。测试结果验证了改进模型的正确性,解决了测量船外测设备方位误差超标的难题。     

基于DVD光学读取头的测微力计

为满足微纳米三维接触扫描探头测力的需要,提出了一种基于DVD光学读取头的测微力计。该测微力计由固定及微调支座、L形铜条、平面反射镜、DVD光学读取头和阻尼装置五部分组成。当力作用在L形铜条上时,贴在铜条上的平面反射镜会产生微小位移,该微小位移由DVD光学读取头来感测;通过建立被测力与平面反射镜微位移之间的关系,从而实现微小力的测量。用该测微力计对一个微纳米三维接触扫描探头的测力过程进行了测量,测量结果与对该微纳米三维接触扫描探头的有限元分析结果一致。     

微机型四坐标万能工具显微镜测量系统

本成果是在普通万能工具显微镜的导轨上加装轴向光栅传感器，光学分度台上加装圆感应同步器，中央显微镜处安装电感测头（或多向触发式测头），通过接口电路与微机联接所形成的一套微机辅助座标测量系统。在使用时，被测零件的座标值由采样开关控制送入计算机，通过相应误差软件处理，便可迅速得到被测零件的几何形状误差。     

光学工具尺的研制

光学工具尺是与测微准直望远镜等配套的标准尺,用于飞机或重型设备的安装。由于它图案复杂,精度要求高,而且图案是制作在厚为2毫米钢板的喷漆面上,所以工艺难点很多。过去一直从美国进口。从82年初我们开始研制光学工具尺,经过半年多的努力,终于获得成功,为我国光学工具领域填补了这一空白。现将制造工艺简介如下: 图1所示为光学工具尺的尺坯图。材料为65Mn或T10A,调质处理。制作图案的表面涂有白色烤漆。     

微陀螺g敏感性误差对组合导航精度的影响分析

高动态环境下,MIMU中的微机械陀螺表现出显著的g敏感性误差。首先采用简化的线性模型,从经典卡尔曼滤波的滤波增益阵出发,理论分析了g敏感性误差对组合导航系统精度的影响;然后在组合导航半实物仿真平台上进行了验证。结果表明,g敏感性误差对组合滤波位置与速度精度影响不大,但对姿态的精度影响较大,当载体沿陀螺敏感轴方向的加速度为50g时,相应轴向的姿态角误差约为5.70°,姿态精度损失很大。因此,MIMU/GNSS组合导航在高动态应用中,必须对微陀螺的g敏感性误差进行补偿。     

光学坐标测量机在叶片型线测量中的应用

为了高效精确地完成叶片不同截面上型线的测量,应用激光三角法测头、测头座以及三坐标测量机框架等搭建了非接触式的光学坐标测量机,可以实现叶片型线的快速扫描测量。在测量过程中,将激光测头通过PH10M测头座安装在三坐标测量机的Z轴上,并通过测头外参数标定技术与坐标系转化技术等将激光测头的一维距离值转化为被测点的三维坐标值,进而实现被测叶片型线三维点云的创建。最后,应用所搭建的光学坐标测量机对金属球的直径和叶片的截面型线进行扫描测量实验,能够满足使用需求。     

SINS/BDS紧组合系统中自适应 两阶段扩展卡尔曼滤波

在实际应用中，以伪距/伪距率为观测量的SINS/BDS紧组合导航系统，存在量测噪声的统计特性与实际不相符的情况，传统扩展卡尔曼滤波（EKF）方法无法有效解决这一问题，从而引起滤波误差增大。提出了一种SINS/BDS紧组合导航系统的GDOP估算及在线估计量测噪声的自适应两阶段EKF（ATEKF）方法，该方法使用经过紧组合修正后的SINS输出的位置，并结合星历数据中提供的卫星位置求解GDOP。在此基础上，利用GDOP值以及新息，实现了紧组合导航系统的量测噪声方差阵（Rk）的在线实时估计，从而达到自适应滤波的效果，改善导航精度。     

基于载体姿态测量的微伺服吊舱

针对微小型无人机光电吊舱对光轴稳定与目标跟踪的需求,研究了一种基于载体姿态测量的光学平台稳定技术.该技术利用吊舱基座上的速率陀螺测量机体三轴姿态运动,通过控制光学平台的俯仰和偏航两通道伺服系统实现对光轴的惯性空间稳定.该系统使用步进电机来当执行机构,根据步进电机的特性,可以推导得到控制量与转速的关系,由此省去了在一般捷联稳定技术中的微分测速环节,得出了一种新的基于前馈控制的不变性原理.设计了解耦指令分配算法,将一个两轴耦合系统,转换为两个独立的单轴系统.在单轴控制中,分别设计了比例控制及比例积分控制算法实现对光轴的稳定控制和跟踪.最后通过在Matlab/Simulink环境下的仿真,以及实际的摇摆台试验,证明了基于载体姿态测量的稳定技术能够实现微小型无人机光电吊舱的光轴稳定.     

谈谈键槽相对轴心线不对称度

对于键槽对轴心线的不对称度误差的评定,目前出现了两种截然不同的看法。一种看法是:键槽对轴心线的不对称度误差就是被测表面的对称中心面与基准轴心线的距隔(如图1)。而另一种看法则认为:对称中心面与基准轴心线重合的一组平行平面紧紧地包容被测对称中心面时,平行平面与其对称中心面之间的距离,即为不对称度的误差值(如图2),两平行平面间的距离则为不对称度误差值的两倍。     

激光陀螺机械抖动偏频对等效转动矢量姿态计算的影响

研究了激光陀螺机械抖动偏频影响等效转动矢量姿态计算精度的机理。用双子样N次迭代算法推导了载体实际姿态角运动与机械抖动发生谐振时产生的姿态计算误差项,指出其误差作用机理与惯性导航比力方程计算中划摇误差的相似性。针对三轴激光陀螺共一个机械抖动轴和3个单轴激光陀螺构成惯性组合两种情况进行了讨论。根据对静态条件下惯性组合中激光陀螺采样信号的功率谱密度分析,指出当采样频率较低时,会产生与抖动有关的低频周期分量,与低频的载体姿态运动谐振将产生姿态计算误差,应尽量提高采样频率及等效转动矢量计算频率。     

光电稳定平台红外光轴对准方法

光电稳定平台中,红外光学器件以其特有的优势越来越多地被采用。精确、快速地对红外光轴进行校准和标定是红外器件应用的一个重要课题。本文介绍了一种基于红外准直仪原理设计的红外光轴校准系统,对靶标位置偏差造成的光轴偏差进行了分析计算,并提出了确定抛物面镜光轴的具体方法。研制了红外光/可见光靶标模拟器,解决了无人机光电稳定平台中红外热像仪与其他可见光光学器件的光轴平行度校准、红外光轴相对系统零位基准标定等问题。所述方法经试验证明,在目前不具备红外准直仪的条件下同样实现了较高精度的红外光轴校准和标定,有着重要的实际工程意义。     

多传感器微惯性测量单元标定技术研究

基于设计生产的一款每个敏感轴集合两种类型MEMS陀螺仪和加速度计的微惯性测量单元(MIMU),提出了一种MIMU精确标定测试方法。该方法以MIMU整体为标定对象,考虑了温度对零偏、标度因数的影响、传感器轴间不完全正交误差及结构安装误差等因素,对MIMU中各惯性传感器的初始零偏、标度因数、交叉耦合系数等参数进行了标定。产品标定测试结果证实了该方法的有效性。     

D7125电火花机床实现三坐标数字显示

上海第八机床厂生产的D7125电火花机床具有电源功率大、电液伺服系统灵敏度高、电极损耗小、表面粗糙度好等特点。但是,机床的机械精度较差(传动机械精度为八级精度),使机床的适用范围受到了限制。我厂原仅限于加工普通冲模的落料刃口和一些穿孔、断钻头、丝锥等。该机床的X、Y轴定位精度是依据2只光学读数头的刻度移动来观察确定的,光学读数头本身的刻度分辨率为0.025mm,无起始定位点,读数不直观。由于侧视误差、钳形中心误差等因素,使机床的重复定位精度只有0.04～0.05mm。Z轴(即主轴头加工深度)的显示采用百分表显示,显示分辨率为0.01mm,行程为10mm,超过10mm需重新调整设定,无法精确定位。     

粒子像斑三维定位的透视成像原理和方法

在三维粒子成像测速（ＰＩＶ）方面,可运用体积光照明同时从不同光轴用多个照相机获得ＰＩＶ图像,如何根据这些不同光轴获得的ＰＩＶ图像确定出粒子物点的空间位置是实现三维粒子成像测速的前提。基于此,提出了根据多幅不同光轴的ＰＩＶ图像的粒子像斑实现粒子物点三维定位的透视成像定位原理和方法。精确确定透视平面与透视中心在空间的位置是实现粒子物点三维定位的关键,妆测定透视中心（照相机的光学中心）和透视平面在空间的     

MEMS加速度计组合在分度头上的标定方法

提出了一种在分度头上标定MEMS加速度计组合的测试方法,该方法可以标定出加速度计组合的刻度系数误差、加速度计零偏、三轴不正交度误差、安装误差角,同时可以分离出分度头转位机构角位置误差.首先通过建立一系列坐标系,推导了重力加速度在加速度计敏感轴的分量表达式.然后采用谐波分析法给出了误差标定方程,利用最小二乘法和Kalman滤波器进行误差参数的估计,并对估计结果进行了对比分析.最后通过三次独立实验标定结果的重复性和残差验证了该方法的正确性.