NIM5驾驭氢钟守时能力分析

时间频率量值源头的独立自主是建设我国综合PNT体系的重要基础。为进一步评估基于我国国家秒长基准的原子时标守时能力,利用改进的有限脉冲响应钟差预测与频率调控方法,对激光冷却铯原子喷泉钟与氢钟的频差实测数据进行后处理,分别产生了自主型时标和溯源型时标。通过国际原子时合作链路将两个时标与协调世界时进行了长期比对实验,结果表明:2021年12月~2022年12月期间,两个时标的时间偏差均优于±4 ns、频率稳定度均优于8×10^(-16)/5 d。

高精度小型经纬仪转轴锁紧机构结构设计

随着光测设备对机动化、小型化的需求增多,受系统空间限制,原大型经纬仪的转轴锁紧机构复杂,占用空间大,加工难度大,并不适用小型经纬仪转轴锁紧。本文根据项目特点设计了小型经纬仪转轴锁紧结构,具有稳定性高、结构简单、加工难度小、占用空间小等特点,可以实现经纬仪在任意角度的转轴锁紧,实现凝视功能。其中对锁紧机构的组成与工作原理进行了详细的介绍与阐述,经过计算选择核心零件的材料,实践结果表明了该结构的合理性。

全站仪检测数据管理系统

介绍了全站仪检测数据管理系统。本系统以 Fox Pro for Windows为基础 ,采用模块结构 ,具有对检测数据录入修改、自动转换、成果计算、查询显示等功能 。

MEMS陀螺发展综述

MEMS陀螺是基于微机械电子技术(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)开发的惯性传感器。得益于体积小、成本低等优点,MEMS陀螺被广泛应用于航空航天、工业控制、消费电子等领域。为了研究MEMS陀螺性能与控制方法之间的关系,首先介绍了MEMS陀螺的工作原理和主要性能参数,然后综合分析了MEMS陀螺发展的4个阶段:开环陀螺、力平衡陀螺、全角陀螺和频率调制陀螺,最终对MEMS陀螺未来技术发展趋势进行了总结。

超声波测距仪的研究

介绍了超声波测距仪的基本原理、硬件系统、软件设计 ,给出了实验结果 ,分析了超声波测距误差的主要来源 ,实验表明 ,测距精度已能满足工程上的要求。

超声波测距仪的设计

介绍了利用微处理机控制单元 (MCUmicroprocessorcontrolunit)控制的超声测距仪的原理 :由MCU控制时间计数 ,计算超声波自发射至接收的往返时间 ,从而得到实测距离。给出了系统构成、电路原理及程序设计。并且在数据处理中采用了温度补偿和修正量的调整。此系统具有易控制、工作可靠、测距准确度高和流程清晰等优点。

惯导/双目视觉位姿估计算法研究

无人飞行器自主导航系统作为无人机自主控制的核心,是制约无人机性能提升的关键因素。传统的惯导/GPS组合导航系统受其自主性、稳定性等限制无法满足无人机导航需求。在分析视觉导航特性的基础上,针对无人飞行器复杂运动特性,设计了基于非线性尺度空间的双目视觉三维位姿估计算法。在此基础上,针对双目视觉导航存在的位姿估计误差累积问题,提出了基于惯导/视觉融合的无人飞行器位置和姿态估计算法,利用卡尔曼滤波实现惯导与视觉信息的融合。通过仿真验证和实际跑车验证结果表明,提出的双目视觉位姿估计算法相比SIFT算法能够有效提高视觉图像特征检测准确度,惯导/视觉组合算法能够有效提高位姿估计精度,组合定位精度优于2.5 m。

一种高精度超声波测距处理方法

根据声的发射、反射及传输理论推出并用实验验证了测距回波包络曲线的近似方程，据此提出了一种高精度超声波测距信号处理方法．介绍了以单片机实现该方法的超声测距系统，该系统在２．５～１２ｍ范围内测距误差不大于０．２５％．

精确校正激光测距仪三光轴平行的理论计算方法研究

利用光学系统中的偏心环(框)结构精确校正光轴平行,是激光测距仪准确可靠测量目标距离的重要保障。由于这种光轴校正训练难以在实物上开展,所以本文以激光测距仪瞄准物镜具有偏心物镜框、环这种常见的双偏心结构为例,研究了精确校正瞄准与激光发射两光轴平行的仿真模拟所需的理论计算公式。具体研究内容有:一是证明两光轴平行度误差量可以借助平行光管和黑相纸测量出来;二是在已知光轴平行度误差量和瞄准物镜焦距情况下,给出校正光轴平行时计算瞄准物镜主点径向位移量的公式;最后,结合实际操作情况(利用拨转偏心物镜框、环实现物镜主点径向移动),在已知光轴平行度误差量和校正前偏心物镜框、环最薄点位置情况下,研究出精确校正光轴平行所需的确定偏心物镜框、环最薄点新位置的理论计算公式。

航空相机的像移计算及其补偿分析

航空相机拍照时难免会产生像移,要提高成像质量和相机分辨力必须进行像移补偿。推导出前向像移、飞行器俯仰、滚动和偏航产生的像移及其误差计算公式,以美国 KS-146 航空侦察相机为例,计算出前向像移的大小数量级在 10-3,而其它像移量大小则为 10-4数量级,提出在航空垂直拍照时前向像移占主导地位,应作为像移补偿的主要方向,同时提出在航空相机设计中通过缩短曝光时间和提高快门精度等途径来减小像移、增强航摄图像的清晰度。

经纬仪目标交汇测量及航迹曲线拟合

一台经纬仪只能测量目标的方位角和俯仰角,即只能测得目标的方向。为确定空间运动目标在某一瞬间的位置,采用两台(或多台)经纬仪合理布站进行交汇测量的方法,可得到目标点的坐标值,根据不同时刻的坐标值,用最小二乘法对目标航迹进行曲线拟合,从而可以外推预测目标下一时刻的位置、速度和加速度。

经纬仪交会精度的定量预测

推导并建立了一系列的公式，用于定量预测两经纬仪的交会精度。给出了用于目标三维位置估计的基本多传感器三角交会法的公式，同时利用各个测量误差的泰勒展开式导出了误差传播等式。在测量误差中引入高斯分布，建立了测量误差标准差和目标位置估计标准差之间的关系式，给出了交会精度随各单项误差传播系数的变化曲线图。实验结果表明：目标的x、y坐标的估计误差不受站址坐标中z坐标误差的影响，也不受测量高低角的影响，站址坐标中z项误差直接转移到目标的z坐标估计误差中。交会角为90。时，交会精度受经纬仪单项差的影响最小，交会角在20～60°时的误差传播系数为0．079。目标（x，y）坐标的交会精度依赖于经纬仪站址的测量精度、方位角的测量精度、经纬仪和目标的距离测量精度及两经纬仪的交会角；目标z坐标的精度依赖于经纬仪到目标的水平投影距离、经纬仪z坐标的测量精度和传感器高低角测量精度。最后，给出了一套等式和图形用于设计一个两经纬仪系统，使之满足具体的精度要求。本预测方法已成功应用于实际项目中传感器的选型和光学系统的参考设计。

中天法在陀螺智能寻北系统中的应用研究

介绍了基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器与计算机技术的陀螺仪智能寻北系统的结构与工作原理,给出了中天法陀螺定向计算的一般原始公式以及在计算机环境下应用中天法的五个数学模型,通过试验证明其有效性。说明了智能化寻北方法可以改变测量结果对操作人员素质的依赖,降低测量的读数误差,部分提高陀螺经纬仪的寻北精度。

高分辨率空间相机的工程分析

以大型结构设计软件SolidEdge建立了高分辨率空间相机的精确的几何模型,在此基础上用大型有限元分析软件MSC.Patran建立了相机的有限元模型,并利用MSC/Nastran对该相机整机进行了工程分析 其计算结果与试验结果相差 10%以内.

经纬仪测量系统在工业测量中的应用

由数台经纬仪和一台计算机组成的经纬仪测量系统进行定基线前方交会测量,可以完成在 工业测量中的单点坐标的测量、确定长度的测量和曲面型面的测量。在曲面型面的测量中,针对型面误差分布范围大小的不同提出了用采样值比较和采样值的均值比较的方案,实验表明测量精度可以达到0.15mm,相对测量精度达到了0.00003。

激光电子经纬仪动态跟踪引导系统的设计

设计了一种基于视觉的激光电子经纬仪跟踪引导系统来提高电子经纬仪工作效率,实现其在大空间范围内目标点的动态测量。介绍了跟踪引导系统结构组成并分析了外置扫描设备以及激光电子经纬仪的运动特性。建立扫描设备运动学模型,说明了利用空间坐标转换关系,通过光轴搜索法实现了经纬仪激光点自动引导的策略。然后,给出了镜头的变焦控制方法。最后,提出了基于扩展Kalman滤波估值的运动目标动态跟踪方法,将动态目标物与经纬仪激光点同时定位于摄像机视场中心区域。实验结果表明,所提方法能够正确预测估计运动目标状态,经纬仪激光点引导精度最终可达0.08(°)/m。该系统结合了激光跟踪动态测量以及电子经纬仪不受测量目标类型限制的优势,实现了基于激光电子经纬仪的传统空间角度交汇方法在动态精密测量领域的应用。

基于双探测器的手持式激光测距仪系统设计与实现

针对传统激光测距仪测距精度低、成本高以及速度慢等问题,设计一种基于双探测器的手持式激光测距仪。该测距仪使用分束镜实现光路内校准,设计检相电路将信号相位转变为带有相位信息的直流电平,并使用CORDIC数字计算方法求解相位,最后应用基于超定方程组的测距解模糊算法求解待测距离,对3台双探测器测距仪和2台K60测距仪以精度0.18 mm进行测距比较试验。研究结果表明：与传统测距仪相比,光路内校准可以消除电路附加相移,检相算法简单快速,解模糊避免对最优距离的搜索,因此提高了测距精度和测距速度。在0-60 m的测程内,3台双探测器测距仪的平均测距时间小于1.8 s,平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm。与K60系列测距仪相比,双探测器测距仪测距精度和测距速度都有较大提升,验证了该设计方案的可靠性。

胶固紧平面反射镜的有限元分析

为了研究反射镜部件中胶对系统的影响,分析了胶的有限元建模方法,即详细模型和有效模型。采用详细模型对系统进行了模态分析和均匀温升热弹性分析。通过无热化方法确定了胶的厚度,分析了不同面积的均匀圆形胶点和方形胶点对系统性能的影响。为了模拟实际情况中的不均匀点胶,对同一模型中不同直径的胶点进行了分析。分析结果表明:圆形胶点对反射镜的面形影响要比方形胶点小得多;胶点的不均匀性会造成反射镜的面形变化。

基于Sage窗的自适应Kalman滤波用于钟差预报研究

钟差预报是时间保持工作中的一项关键技术。Kalman算法作为一种最优预报算法,具有实时性的特点,在时间保持工作中得到了广泛的应用。但是由于经典Kalman算法需要准确确定模型随机误差和测量误差,否则状态估计会引入一定的误差,在原子时算法中表现为原子钟噪声和钟差测量噪声。原子钟的噪声参数值通常是通过Allan方差估计,若估计不够准确,Kalman预报将会出现误差。通过研究基于Sage窗的自适应Kalman预报算法,实时修正状态模型误差。利用自适应因子调整状态预测协方差阵有效降低了模型误差,提高了预报精度,最后通过两台氢原子钟和两台铯原子钟的实测数据验证了算法的有效性。

基于超定方程组的相位激光测距解模糊算法

快速准确的测距解模糊算法是相位式激光测距仪实现快速测距的关键问题。研究了一种基于超定线性方程组的相位测距解模糊算法,该算法避免了对最优解的搜索,因而运算量小、求解速度快。首先使用差频测相法在较大的不模糊距离上捕获到目标,获得近似距离值,然后使用这一距离值准确求解出不同频率调制波之间的周期数之差,从而构建超定线性方程组,最后应用最小二乘法求解出准确距离。同时还对该算法的2种解法进行计算机仿真,比较仿真结果,选取用间接法求解目标距离,并对该解法进行了精度分析。对3台K-60系列激光测距仪在精度为0.18 mm的国家标准基线上进行了测距试验,结果表明,3台样机的平均测量误差小于2 mm,测量标准差小于1 mm,验证了该算法是有效的。