三维物体表面测量光传感技术

建立了小孔成像摄相机模型,提出了将投影仪看作主动相机的隐函数线性模型.采用了四幅相移光栅条纹编解码技术进行数据匹配,提出了基于质量图的枝切截断算法,处理解码过程中由于图像噪声、孔洞、阴影等导致的相位误差.最后,搭建了实验原型系统,选取了实物模型进行测量试验.实验结果表明,该3-D传感系统工作稳定、精度高,在150mm×200mm的测量范围,精度误差约±0.04 mm.     

线性结构光条纹自适应中心提取的鲁棒方法（英文）

在采用线性结构光(Linear structured light,LSL)方式的非接触式测量中,光条纹中心的提取精度直接影响整个检测系统的测量精度。针对通用算法无法准确提取宽度不均匀、灰度值分布不均匀的条纹中心的问题,本文提出了一种自适应优化方法。在该方法中,首先分割条纹区域,通过边界检测来计算激光条纹的宽度。通过基于自适应条纹宽度的二次加权灰度质心法计算初始条纹中心点。之后,根据确定的斜率阈值优化这些中心点,重新计算并获得这些中心点的子像素坐标,同时根据提出的提取算法评估指标对算法进行了详细分析。实验中,提取的中心点的均方误差仅为0.1个像素,结果表明该方法可以显著提高激光条纹中心点的提取精度。此外,该方法可以以相对较低的计算时间有效地运行,鲁棒性良好。     

基于硬件加速的真三维显示体素化算法

提出了一种新的体素化算法，利用显示硬件支持二维光栅化算法和新的可编程控制功能，提高了体素化算法的效率。该算法通过逐层处理的方式将三维数据离散成为一系列的切片，利用硬件渲染完成切片的光栅化操作，将最终的光栅化结果组合成为体数据表达。算法利用可编程图形处理单元（GPU）的大规模纹理、动态顶点数据和灵活的纹理数据操作等特性，有效地降低了系统压力，提高了算法效能。实验证明，该算法满足真三维显示技术的要求。     

Lau效应的扩展及其在位移测量中的应用

本文研究在扩展光照明下双光栅的相互作用，将光栅间的相互作用作为光栅对光栅的成像过程，基于非相干成像理论导出了成像条件，分析了成像特性。这种光栅成像可作为是对Ｌａｕ效应的进一步扩展。本文进而研究了这种原理在位移测量中的应用，导出基于这种光栅成像原理的光栅位移传感器的莫尔条纹方程，并对位移传感器进行了实验。结果表明，这种光栅位移传感器具有结构简单，无需采用准直光源照明，并且能在大光栅间隙下工作的特点。     

一种改进的三角波条纹投影三维测量方法

传统的结构光三维测量方法通常使用二进制条纹离焦投影,但其随着测量距离的加大会使得离焦的程度加深,限制了其在高精度三维测量中的应用。针对深度离焦和非线性gamma的问题,本文提出了三角波条纹轻度离焦结合相移的三维测量方法。该方法具有能够克服非线性gamma造成的测量误差的优点,及三角波条纹能在短距离下轻微离焦成理想的正弦条纹。因此,该方法能有效减小非线性gamma和深度离焦引起的测量误差。均方根误差(RMS)控制在0.03 mm以内。理论分析和实验均证实了该方法的优越性和可行性。     

测量斜率的面内不敏感双孔径数字散斑剪切干涉术(英文)

为了测量离面位移的一阶导数即斜率分布信息,提出了一种改进的对面内分量不敏感的双孔径数字散斑剪切干涉技术,利用时间相移技术进行条纹的定量分析。双孔径装置固定在成像系统前,玻璃楔片放置在任意一个孔径前以便引起横向剪切。通过实验测量一个周边固支,同时受离面变形和面内转动载荷的圆板的斜率分布。实验结果表明,利用该光学系统得到的条纹图仅表示斜率条纹轮廓,而条纹图中由面内位移以及相应的应变分量的影响都被彻底去除。实验结果和理论分析结果吻合。     

用改进的多普勒中心跟踪法进行ISAR运动补偿

研究逆合成孔径雷达（ＩＳＡＲ）的相位补偿，运用Ｗａｈｅ［１］提出的相位梯度自聚焦（ＰＧＡ）算法改进文［２］的多普勒中心跟踪法（ＤＣＴ），形成了改进的多普勒中心跟踪法（ＭＤＣＴ）。该方法通过循环移位、加窗和迭代等步聚，巧妙地消除了相位补偿中转动相位分量（ＲＰＣ）对估计平动相位分量（ＴＰＣ）的影响。经过几次迭代，可以有效地实现目标ＴＰＣ的最大似然估计和补偿。外场数据处理结果表明这种方法明显改善了成象质量。     

压缩逆合成孔径雷达中的相位自聚焦算法(英文)

与常规逆合成孔径雷达(Inverse syntheticaperture radar,ISAR)相同,压缩ISAR也需要进行基于回波信号的运动补偿,其中包括距离对准和相位补偿。本文提出了一种适用于压缩ISAR成像处理的相位自聚焦算法。该算法采用特征向量法解决稀疏ISAR信号的相位补偿问题。试验结果证明了该算法的有效性。     

第二部分 测量技术

A 设备要求 2.1 基本的测量程序实验测量机械阻抗数据的方法有几种。最直接的方法就是在受试结构上加一个正弦变化的力,测量类似的正弦响应。在整个频率范围內重复这个基本过程,以便得到完整的阻抗曲线。已经发展了采用像脉冲激励、短瞬态激励和随机爆发激励这样的非周期激励的若     

基于PD算子的InSAR干涉图滤波研究

讨论了InSAR干涉图的滤波问题，提出了基于PD算子的干涉图滤波算法。算法首先对干涉图作分块处理，并假定其中各数据块上的相位值符合多项式模型，通过PD算子分别估计各数据块的模型系数，由此重构出近似干涉图。然后根据近似干涉图对原始干涉图进行‘解调’，降低原始干涉图的条纹密度，并使用滑窗作低通滤波处理。最后将滑窗处理后的干涉图与近似干涉图相乘得到滤波后的干涉图。为避免因分块处理而产生干涉相位图的马赛克效应，算法通过处理两组错位的干涉图分块数据，并对滤波后的两幅干涉相位图作加权处理，有效地降低相邻数据块间相位值的不连续性。对X＿SAR重复轨道数据产生的干涉图的处理结果表明，该算法能够对干涉图作很好的滤波处理，特别是在低信噪比区域，算法具有较突出的滤波性能。     

彩色计算干涉技术及应用

在对高速气流进行干涉法测量时 ,由于激波的作用或者光的散射、斑点等现象 ,干涉图的干涉条纹可能会出现不连续。笔者通过仿真M Z干涉仪或全息干涉仪光学模型 ,并且采用对多块不规则网格的计算流体力学结果进行重构的直接体视化图形算法 ,得到了高分辨率的彩色数值干涉图 ,克服了干涉条纹的不连续性并给出了一个弹道靶中超高声速钝锥流场的例子     

航姿系统内阻尼的模糊自适应滤波算法

平台式惯性航姿系统的内阻尼算法通过阻尼网络将自身的速度信息加到系统中,达到提高姿态精度的目的.本文将该思想引入到捷联式惯性航姿系统中,在系统加速度较小时,利用加速度计的输出估计系统姿态角,通过卡尔曼滤波的形式补偿姿态误差.由于内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用,本文设计了模糊自适应控制器,根据三轴加速度计的输出进行自适应判断内阻尼算法是否可用,调整内阻尼卡尔曼滤波器的量测误差方差阵,从而避免了滤波器的发散.仿真和实验表明,内阻尼的模糊自适应算法可明显抑制舒勒周期振荡和傅科周期振荡,避免了系统姿态漂移,有效提高了捷联惯性航姿系统的精度.     

正弦型来流条件下大气表面层特性的研究

导出了正弦来流条件下的大气表面层平均风速及湍流强度的计算式.在环境风洞中使用粒子图像速度仪(PIV)对正弦来流条件下的大气表面层平均风速廓线和湍流强度进行了测量.结果表明:正弦型来流条件下所模拟的大气表面层在不同高度上风速均呈正弦规律波动,测量得到平均风速与导出计算式结果一致,相当于在定常风速廓线基础上叠加一个周期与主流风速一致、振幅随高度变化的正弦波动函数.每一个相位的湍流强度沿高度的分布均与定常来流条件下的湍流强度有着相似的变化规律,且湍流强度的大小随相位变化呈现一定的波动性.     

高精度测角系统细分误差分析

本文介绍以圆感应同步器作为测角传感器，用鉴幅型开环数显系统进行相对测量的测角系统，该系统能在快速转动下动态测量方位角。文章对信号处理系统的基本原理及其一些重要环节作了简要说明。对该系统存在的细分误差，重点从理论上进行了分析并推导了幅值误差和相位误差。根据推导结论，提出了进行细分误差补偿的方法．最后着重描述了系数调节和相让补偿的设计方法。该方法用在所承担的研制任务中，经过试验证明，得到了令人满意的结果，达到了总体提出的高精度测角指标要求。     

基于条纹中心线法的电子散斑干涉条纹信息提取

电子散斑干涉技术(ESPI)是光学测量的一种重要的方法,对ESPI条纹的信息提取是ESPI进行光学测量的关键步骤之一,本文在介绍电子散斑干涉条纹中心线法的基础上,开展了ESPI条纹图预处理和基于条纹细化算法的骨架线提取的研究,包括对细化的条纹进行修整、拟合,该方法可以实现条纹骨架的快速、准确的自动提取。设计了一套应力形变装置,运用电子散斑干涉条纹中心线法对试件表面的形变进行实际检测,得到测量结果,对结果进行了分析,实验测量值与实际相符。     

长周期光纤光栅用于材料热膨胀系数的测量

基于长周期光纤光栅(Long-period fiber grating,LPFG)对应变和温度的敏感特性,用两只LPFG光栅测量材料的热膨胀系数,提出用一只自由状态的LPFG光栅作为实验光栅的温度补偿。实验原理简单,操作方便,克服了传统测量方法对试件本身的要求,且传感信号属于波长解调,不受光强波动及光纤损耗的影响。通过实验获得了对铝板的测量误差约为0.6%,实验结果表明采用LPFG光栅测量材料热膨胀系数的方法是可行的。     

逆变器数字化控制关键技术

研究并解决数字控制的时间量化和数值量化对基于数字信号处理器(DSP)的逆变电源系统性能的不良影响。首先通过优化采样方式,显著减小控制变量的采样延时;采用前馈校正技术对死区效应进行补偿,以降低输出电压的谐波含量。提出频率调节和相位调整相结合的思想,合理设计数字锁相环,提高锁相速度和精度。利用实时的中心值校正信号改进数字控制算法,有效地消除数字运算截断误差累积造成的输出变压器直流偏磁问题。理论分析与实验结果证实了这些控制策略的有效性和合理性。     

切削力误差混合补偿系统

开发了一种新型混合系统,该系统结合多个单一系统的优点,弥补了它们各自的缺点。通过实验验证了该切削力误差混合补偿系统具有好的鲁棒性和补偿效果。该切削力误差补偿系统解决了以往单一补偿系统中不能解决的电机非线性摩擦力影响和刀具热误差影响等问题。     

混凝土检测中基于数字滤波的传感器补偿方法

在超声探测中,为了获得信号最大响应幅度,通常都选用传感器的谐振频率作为探测频率.然而,这样会给探测信号带来较严重的振铃效应,影响反射信号的识别与提取,从而降低探测分辨力.本文提出了一种基于数字滤波方法,有效地对不理想的超声传感器频响特征进行了补偿.首先基于系统辨识算法建立了发射和接收传感器的离散传递函数模型,然后通过一个数字补偿滤波器建立补偿模型,用于抑制传感器的振铃效应.对这种方法的实际效果进行了实验验证,通过水浸测试获得传感器的标定数据,并基于这些数据建立补偿模型.实验结果表明混凝土底面反射信号能够从原混叠信号中被清晰地识别.     

双频圆锥运动及旋转矢量的改进算法

针对作用在捷联惯导系统两个轴上的角振动频率不等的情况探讨了双频圆锥运动,在建立其运动学模型的基础上推导分析了双频圆锥运动的非互易误差特性,并通过数值计算得到了不产生该非互易误差的振动条件;同时,为了在陀螺输出子样数一定的条件下进一步提高旋转矢量的估计精度,针对角速率输入的情况研究了一种利用前两个周期角增量的改进算法,并通过误差主项计算和仿真分析验证了该方法的有效性。