一种光学陀螺随机误差在线补偿方法

光学陀螺随机误差在线补偿方法通常先离线建立随机误差模型,再利用Kalman滤波在线补偿随机误差。受陀螺仪自身性能稳定性以及外界环境的影响,离线建立的随机误差模型应用于在线补偿时会出现偏差;外界环境变化导致量测噪声统计特性具有时变性,不满足Kalman滤波必须已知噪声先验统计的要求,这2个因素均会降低随机误差的在线估计精度。提出一种基于自适应滤波的随机误差在线补偿方法。通过引入虚拟噪声,将随机误差模型偏差的影响归结为时变虚拟系统噪声;进而利用渐消记忆时变噪声估值器,对虚拟系统噪声和量测噪声的统计特性进行估计与修正,消除随机误差模型偏差及量测噪声时变的影响。试验结果表明,所提方法可以实现对随机误差的高精度在线补偿,具有一定工程应用价值。

百叶遮光罩对卡塞格林系统能量集中度的影响

以机载星敏感器为代表的高精度卡塞格林光学系统对能量集中度具有很高的要求。百叶遮光罩以其低遮拦比、高杂散光抑制能力、结构稳固等优势应用于卡塞格林光学系统中,然而仅以遮拦效应来评估百叶遮光罩对系统能量集中度的影响存在较大误差。从圆孔的夫琅和费衍射出发,推导具有百叶遮光罩的卡塞格林光学系统的衍射强度分布,证明了百叶遮光罩的衍射效应会对卡塞格林光学系统能量集中度产生较大影响。通过在Zemax中建立的光学系统模型分析表明,百叶遮光罩的衍射效应引起卡塞格林光学系统能量集中度的降低值是遮拦效应的3倍以上,并且叶片数量或厚度的增减都会引起能量集中度的显著下降。为百叶遮光罩的设计提供了理论依据和精确模型。

基于光学测量的高速列车线路安全监控技术

针对高速列车运行中,列车本身无有效的安全监控装置,为填补高速列车车载线路安全监控的空白,根据高速列车运行环境、制动距离及安全监控需求,对可能的探测技术进行性能比选,分析表明以制冷型中波红外探测技术为核心的监控系统能够实现远距离的实时高分辨探测。在此基础上完成系统总体参数设计,并完成一套长焦距、小尺寸、100%冷阑匹配的光学子系统设计。最后搭建整机系统,并进行铁路现场实验测试。研究结果表明:该系统能够在雾霾等不良气象条件下昼夜对列车前方4 km外的铁轨以及障碍物等目标进行实时可靠探测,能为高速列车运行提供一种新型主动安全监控技术。

精密PSD微位移在线测量系统

为了满足工业现场微位移测量的精密性实时性和可靠性要求,设计并制作了位置敏感器件(PSD)激光微位移测量系统.系统将调制带通滤波峰值检测等信号处理技术运用于激光三角法中,并利用PSD信号单通道处理方式,提高了系统的抗干扰能力.同时,系统采用自适应控制方法改变激光的调制频率,从而调整电信号的增益系数以适应各种测量对象.实验表明,在没有滤光片的情况下,系统有效地消除了背景光和暗电流的影响,测量频率最高可达2,kHz,分辨率达到0.035%,稳定性误差小于0.090%,线性度好于1.2%,大大降低了温漂的影响.

用于星敏感器的马蹄形卡塞格伦反射式光学系统杂散光抑制方法（英文）

星敏感器是惯性天文组合导航系统的关键传感器,星敏感器的光学系统设计及对杂散光的抑制是决定其能否实现测星的主要因素。提出一种改进型的卡塞格伦反射光学系统,该系统通过摆镜折叠光路并实现扫描,压缩了系统的体积,增强了系统的灵活性。进而针对该系统设计了一种基于基生叶结构的遮光罩,利用光线追迹软件在不同方位和俯仰角度入射下对系统进行了仿真分析,结果表明规避角以外的点源透射比可以达到10?9以下,满足系统使用要求。此外,鉴于传统点源透射比方法的计算量较大,还引入了杂散光系数的概念,通过对镜像系统进行反向光线追迹可以将杂散光分离,从而计算出杂散光系数,表征系统对杂散光的抑制能力。该方法可降低计算量,提高设计效率。

一种基于快速反射镜的星敏感器图像稳定系统

在机载星敏感器工作过程中,大气抖动和载体晃动将会导致星图模糊产生拖尾,影响测量精度,降低观测效率。基于快速反射镜的星敏感器图像稳定系统通过补偿图像位移保持光路的稳定性。首先利用改进的质心提取算法对星敏感器获取的星图进行开窗搜索,然后在窗口内计算星点质心坐标,以获得星点相对于图像中心的脱靶量。控制系统根据脱靶量驱动音圈电机,带动快速倾斜镜反向位移,补偿外界运动,将星点控制在图像中心,以达到稳定图像的目的。研究结果表明,当系统的校正频率为100Hz,曝光时间为8ms时,图像晃动的幅度可减小约3个像素。载体运动对成像的影响基本消除,同时大气抖动导致的图像抖动也被大大改善,系统的观测效率得以显著提升。

大气层内载体星光折射间接敏感地平定位可行性分析

星光折射间接敏感地平定位方法具有自主性强、精度高、成本低等特点,是一种很有应用前景的新型天文导航方法。目前,传统的星光折射间接敏感地平定位方法是以大气层外载体为应用对象而提出的一种天文定位方法,然而绝大部分载体主要工作在大气层内,为了分析这种星光折射间接敏感地平定位方法应用于大气层内载体的可行性,本文首先基于折射定律和球形大气模型建立了星光大气折射模型,分析了根据星光折射角与载体位置之间的关系进行星光折射间接敏感地平定位的工作机理,进而通过定量分析载体在大气层内、外观测的折射角偏差,对星光折射间接敏感地平定位方法在大气层内应用的可行性进行论证与分析。结果表明,传统星光折射间接敏感地平定位方法只适用于在40 km以上至大气层外飞行的载体,若能利用高度计获得载体的粗略高度,可以将星光折射间接敏感地平定位方法应用于大气层内飞行高度在20~40 km的飞行载体。

激光光斑质量对基于PSD的激光三角法长时间连续测量精度的影响

为了提高半导体激光器-位置敏感器件(LD-PSD)激光三角法测距、测厚系统的测量精度,对半导体激光器的光斑质量进行了研究。用不同功率的半导体激光器做静态测距实验,结果表明,在长时间连续测量中,激光光斑重心的漂移增大了系统的测量误差。光斑重心漂移主要是由光斑的高频噪声和光斑整体偏移造成的。针对这两方面因素设计了基于针孔滤波和棱镜分束的能够提高激光光斑质量的光学系统,并用CODEV软件进行了优化与仿真。将所设计的光学系统加入到测距仪中重新进行静态测距实验,结果表明,改善后的系统精确度由25μm提高到8μm,使得基于位置敏感器件的激光三角法测距、测厚系统在长时间连续工作时也能保持较高的测量精度。

激光陀螺抗辐照读出系统方案研究

为了提高环形激光陀螺(RLG)的空间环境适应性,提出了基于菲涅耳透镜的RLG抗辐照读出方案。该方案采用菲涅耳透镜对RLG输出的顺/逆时针光进行会聚,在其焦平面前方得到了条纹数不变、尺寸显著减小的干涉条纹。相比于采用普通凸透镜,基于菲涅耳透镜的读出系统在球差校正和安装便利性等方面更具优势。计算结果表明,该方案能将RLG输出光斑尺寸降低到原水平的1%以下,显著降低了对光电管的尺寸要求,从而大幅减小了辐照对探测器的损伤,提高了RLG的空间环境适应性。

PSD精密薄板在线多点测厚系统

为满足精密薄板厚度在线测量的精密性、实时性和可靠性要求,将基于调制、带通滤波和峰值检测的信号处理技术与激光三角法相结合,设计了高精度PSD微位移传感器,并利用多个传感器和差动三角法制作了采样速率达到1 kHz,测量厚度范围为6 mm,测量精度可达10μm的薄板多点测厚系统原理样机。系统基于SOPC技术,在FPGA内扩展了多个串口作为测量数据传输通道,同时采用ARM9微处理器做控制中心,利用其内部的SMC(静态存储控制器)与FPGA连接,实现了测量数据的实时传输、处理和显示。最后,对系统的稳定性以及影响因素进行了测量和分析。