1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 长光卫星技术股份有限公司，吉林长春10102
为了提高低轨光学卫星同轨立体成像中多次成像对目标区域指向精度，从而获取更大的重叠覆盖面积，即立体像对有效面积。首先，设计了一种采用地球椭球模型，并考虑地球自转以及卫星滚动方向机动的同轨双视/三视立体成像姿态规划方法。其次，为了缩减机动时间，以提高卫星单次成像可拍摄的区域长度，考虑执行机构力矩与角动量约束，设计了一种路径规划快速机动控制算法（Path planning Fast Maneuver Control，PFMC），即基于旋转轴不变约束的三轴机动的最短路径和角加速度连续路径规划以及结合角加速度前馈与内外环控制的快速机动算法。最后，以“吉林一号”卫星参数进行数学仿真，控制精度优于0.02°，稳定度优于0.001（°）/s，成像时长不低于10 s。在轨测试期间，获得了乌鲁木齐市的立体像对与数字表面模型，有效覆盖面积大于1 600 km2，双视成像的重叠率超过97%，验证了同轨双视立体成像规划与控制方法的可行性和有效性。
同轨立体成像 三轴姿态规划 快速机动 姿态控制 along-track stereoscopic imaging tree-axial attitude planning fast maneuver attitude control 光学 精密工程
2022, 30(14): 1682
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
在航天、**、工业这些对器件的体积有着严格要求的领域, 光电编码器不仅要求减小外径尺寸和重量, 更要提高其测量精度。本文以光电编码器误差补偿方法为研究对象, 基于后验误差拟合方法确定误差模型参数, 从而实现对小型光电编码器的深度误差补偿。分析了影响光电编码器测角误差的主要因素, 建立了长周期误差和短周期误差模型。然后, 采用后验误差拟合算法实现了对误差模型参数的确定, 提出误差补偿算法; 最后, 对某一小型光电编码器进行实验, 验证了所提出误差补偿算法的性能。某型号光电编码器补偿前的精度为22.48″, 补偿后的精度为5.82″。实验表明, 采用后验误差补偿方法可以不考虑误差影响因素的大小, 直接对编码器进行误差补偿, 具有效率高、补偿准确等优点, 极大地提高了批量生产时光电编码器产品的精度。
光电编码器 后验误差拟合 误差补偿 长周期误差 短周期误差 photoelectric encoder posteriori error fitting error-compensation long period error short period error
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
3 中国科学院大学, 北京100049
增量式光电编码器输出信号的正交性和均匀性是其重要技术指标之一, 对增量式光电编码器的精度检测是编码器研制和生产过程中的重要环节。传统信号质量的检测是基于时间位置进行检测的, 其检测准确度受转速均匀度影响, 在高速、变速转动下对增量式光电编码器的动态性能检测并不准确。提出了一种基于空间位置的信号质量检测方法, 并设计了相应的检测系统。检测系统采用直流无刷电机带动高精度角脉冲发生器和被检增量式编码器同轴旋转, 并采集高精度角脉冲发生器在被检增量式编码器输出信号边沿时刻的数值, 进行误差计算。该检测系统极大地减小了由于转速不均匀造成的测量不准确度。运用该检测系统对输出脉冲周期数为32 400的增量式编码器进行检测, 并与时间位置检测法进行对比实验。实验结果表明: 该检测系统检测结果不受电机转速变化的影响, 可有效地提高检测精度及检测效率, 能够实现动态检测。该系统的研制为批量生产增量式光电编码器提供了极大的便捷。
增量式编码器 误差 均匀性 正交性 incremental encoder error uniformity orthogonality 红外与激光工程
2017, 46(10): 1017011
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130000
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
红外发光管是光电编码器的重要组成部分, 而光源参数对莫尔条纹信号的正弦性和正交性有直接影响, 从而影响光电编码器的细分精度和分辨力。文中研究了其发散角、光源宽度对编码器的信号影响。首先, 分析了光源对光栅信号光通量的影响, 运用频域方法导出了透光特性函数; 然后, 分析了两种不同光源对同一码盘形成信号的影响; 最后, 应用Matlab仿真计算了莫尔条纹信号的对比度、正交性、正弦性。实验结果表明, 使用两种不同光源的编码器精度相差达到30%, 改进后的编码器高次谐波占比明显减少, 信号稳定性好。因此研究光源参数对提取高质量莫尔条纹有重要意义, 并为高精度编码器设计提供重要参考依据。
光源 发散角 光源宽度 仿真 高质量光栅信号 light source divergence angle width of light source simulation high-quality grating signal 红外与激光工程
2017, 46(9): 0917007
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
衍射波前质量是衡量刻划光栅性能的重要指标之一, 光栅刻划机若存在阿贝误差, 将直接影响刻线位置精度, 从而影响光栅的波前质量。建立了刻划机阿贝误差与光栅衍射波前质量的物理模型, 并分析了该误差对波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的阿贝误差测量光路, 测量了刻划机的阿贝误差, 根据物理模型对其导致的光栅衍射波前误差作了仿真分析, 并提出了基于双层工作台结构的误差控制校正方法。对两块尺寸为80 mm×100 mm、刻线密度为79 groove/mm的中阶梯光栅进行了阿贝误差校正前后的对比刻划实验。结果表明, 通过对阿贝误差的测量和校正, 光栅闪耀级次为-36级的衍射波前误差由0.529λ降低至0.159λ(λ=632.8 nm), 有效地降低了阿贝误差对光栅衍射波前质量的影响。
衍射光栅 阿贝误差 衍射波前 刻线位置误差 刻划机
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
光电编码器作为速度反馈器件, 在工业、航空航天、**等领域应用广泛。其速度检测的准确度和响应时间直接影响了整个控制系统的性能。为此, 研究了一种编码器测速信号小波变换算法, 该算法能够减弱噪声和干扰的对测速精度影响。将该算法应用于某航天编码器中, 改善了其控制系统的动态响应和稳态精度。具有算法简单、占用资源少、耗时短、算法通用等特点, 并且可以推广到其他编码器研制中。同时, 还设计了一中光电编码器速度检测系统, 能够实现对光电编码器测速精度的检测。实验表明: 该算法应用到编码器中, 将测速误差从6.956 (")/ms降低到0.370 7 (")/ms。
小波变换 测速 编码器 检测 wavelet transform velocity measurement encoder detection 红外与激光工程
2017, 46(5): 0517005
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为实现高分辨力角位移测量, 提出了一种基于线阵图像探测器的角度细分方法。为消除安装调试时图像探测器与圆心距离变化产生的影响, 提出了一种具有较强适应性的高分辨力细分算法; 建立了该细分算法的数学模型, 并进行了误差分析。根据实际应用, 建立了由码盘偏心和图像探测器安装角度引起误差的模型, 并分析许多因素对细分算法的影响; 根据误差分析结果, 给出了减小图像式光电编码器细分误差的建议。结果表明, 在码盘圆周刻划线数大于或等于128时, 细分算法的误差较小, 可以被忽略。研究结果可为研制小型图像式光电编码器提供理论依据。
测量 信号处理 图像式光电编码器 高分辨力 细分算法 误差分析
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
随着科学技术的发展, 各个研究单位对编码器的精度要求越来越高, 因此, 在编码器研制生产过程中, 需要对其误差进行检测, 虽然现有检测装置能够完成编码器的误差检测, 但都存在着不足之处。文章在参考大量文献的基础上, 首先介绍了光电编码器的原理,其次介绍了国内外编码器检测装置的结构及原理, 并分析其优缺点, 最后对其发展方向进行了展望。
光电编码器 误差 检测装置 photoelectric encoder error measurement devices
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
由于光电编码器动态检测转台的分辨率、精度和转速都比较高, 传统检测手段很难精确标定该类转台的动态精度, 故本文开展了转台动态精度标定方法的研究。首先, 分析动态转台工作原理, 指出了影响转台动态精度的主要因素。然后, 研究了动态误差的主要特性, 提出了一种基于动态重复性的转台动态精度标定方法。最后, 设计了FPGA+USB的数据采集电路, 实现了对转台动态精度的标定。对自行研制的转台进行了动态精度标定。标定结果显示: 提出的动态精度标定方法能够实现对转台的标定, 验证了该转台能够实现对被检编码器的动态检测, 解决了研制动态转台时缺少动态检测精度标定方法的难题。
动态转台 光电编码器 误差检测 动态误差标定 dynamic platform photoelectric encoder error measurement dynamic error calibration 光学 精密工程
2016, 24(11): 2699
