1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安 710071
3 西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710021
When the collimator is placed horizontally and installed obliquely, its optical parameters will be greatly different due to different stress states. In order to accurately evaluate the focal length of collimator, according to the mapping relationship between the point on the focal plane of the collimator and the angle of the total station, an accurate mathematical model of the relationship between the focal length and the angle of the total station under the condition of oblique installation is established, the principle projection error caused by the rotation of the vertical axis of the total station is corrected. Several groups of data are collected by total station and experimental verification is carried out. After correcting the distortion, the focal length calculated by each testing point when the line segment is parallel to the vertical wire are 1 980.03 mm, 1 983.45 mm, 1 982.79 mm, the average focal length, i.e. the true value, is 1 982.09 mm. When the distortion is corrected but the projection error is not corrected, the focal length calculated from each testing point when the line segment is parallel to the horizontal wire of the reticle is 996.42 mm, 995.23 mm, 995.22 mm, the relative error of the average focal length is 50.2%. The range of focal length calculated by each testing point when the line segment is located in different quadrants and parallel to the horizontal wire of the reticle is 4.74 mm after correcting the projection error and distortion, the average focal length of all testing points is 1982.69 mm, the difference between the average value and the true value is 0.6 mm. The maximum relative error between the extended uncertainty of the focal length calculated by different testing point and the true value of the focal length is 0.36%. This value is far less than the stipulation in GB/T 9917.1-2002 that the relative error between the measured focal length and the nominal focal length in the photographic lens does not exceed ±5%. The experimental results show that the model has universality and high accuracy, the phase of the target slit in the reticle is allowed to be a random value, there is no need to adjust the slit to be strictly parallel to the vertical wire of the total station, the model has great engineering application value for the in-situ detection of the focal length of the collimator under the condition of oblique installation.
焦距 畸变 投影误差 原位标定 随机相位 focal length distortion projection error in-situ calibration random phase 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220124
中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
为解决转角受限编码器角度误差的精确测试问题,采用平面反射镜-自准直经纬仪法测试编码器角度误差。建立了角度误差和位姿失调参数、编码器角度以及经纬仪示值之间关系的数学模型,通过对失调参数的解算可对编码器角度系统误差进行修正。实验结果表明,在角度范围为0°~40°时,由位姿失调所引入的角度误差随编码器角度的增大单调递增,误差最大值为742.9″;经过修正后的角度误差和编码器位姿无失调时的角度误差基本相当,误差最大值分别为4.4″和3.5″。此方法可有效测试无法精确调整或不具备调平条件的转角受限的编码器角度误差。
测量 角度误差 位姿失调 数学模型
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
为了解决单台经纬仪室内姿态测试问题,在平行光管焦平面位置处放置刻有不同倾斜角线条的目标板,用以模拟无穷远目标的姿态。建立了目标板各象限线条中轴线上的点坐标与全站仪测试角度之间关系的数学模型,设计了测试用目标板,用全站仪对目标板各线条中轴线上的点进行了采样测试,通过数学模型解算出了线条中轴线的倾斜角。实验结果表明,1 #与2#线条中轴线夹角模拟误差为0.160°,1#与3#线条中轴线夹角模拟误差为0.046°,可以满足单站图像中轴线斜率提取误差最大值为0.6°的要求。
测量 平行光管 姿态 倾斜角 模拟误差
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行会降低转角误差测试结果的置信度, 为了减小光电轴角编码器转角测试误差, 将由光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行引入的转角测试误差控制在光电轴角编码器转角误差的1/3~1/5以内, 建立了由光电轴角编码器轴线和棱体轴线平行度引入的转角测试误差数学模型及Y向偏置数学模型。由仿真结果可知, 光电轴角编码器转角测试误差和Y向偏置随转角的增大呈现周期性变化, 周期分别为π和2π, 棱体轴线倾斜方向相同时, 两轴线夹角越大, 转角测试误差峰值和Y向偏置峰值越大, 两轴线夹角相同时, 棱体轴线倾斜方向大小只会改变转角测试误差曲线和Y向偏置曲线相位, 不会改变曲线形状。根据多面棱体-自准直仪法对建立的数学模型进行了实验验证。实验结果表明: 测试结果与数学模型具很好的自洽性。在实际测试中, 对转角误差进行预先测试, 绘制偏置曲线并对曲线进行最小二乘法拟合, 求取平行度与倾斜方向, 根据倾斜方向调整两轴线平行度大小, 直到误差峰值满足测试要求。
平行度 倾斜方向 测试误差 误差 parallelism tilt direction test error error 红外与激光工程
2018, 47(2): 0217001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所检测技术服务所级中心, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为准确评价跟踪成像平台对图像调制传递函数的影响,提供确定平台技术指标的理论依据,建立了利用图像运动函数直接计算运动光学传递函数的解析及数值计算模型,并给出了有限项的截断误差,取7阶近似时,截断误差小于10%。利用所建模型给出了低频正弦运动和高频正弦运动光学传递函数的解析式。对某跟踪成像平台的跟踪角速度误差进行了频谱分析,主要分量由多个低频正弦振动分量组成;在曝光时间的尺度上,跟踪角速度误差引起的图像运动可近似为匀速直线运动。利用统计矩法计算的调制传递函数,与利用跟踪角速度误差的均方根值计算的调制传递函数相当,200 mrad
-1频率下计算结果偏差小于0.01,因此,跟踪角速度误差均方根值是表征跟踪成像平台的跟踪稳定度的合理参数。
成像系统 图像运动 统计矩 光学传递函数 稳定平台 跟踪稳定度 光学学报
2017, 37(12): 1211002
1 西北工业大学精确制导与控制研究所, 西安 710072
2 中国运载火箭技术研究院研发中心, 北京 100076
针对高超声飞行器模型参数不确定和外界干扰对姿态控制的影响, 基于高超声速飞行器俯仰通道控制系统, 提出一种新的Terminal滑模姿态控制方法。通过引入一阶滤波器, 结合反演法, 克服原来幂次形式引起的最终控制奇异问题；并通过设计的干扰观测器实时观测未知干扰, 补偿控制器性能, 应用Lyapunov稳定性理论严格证明了系统的稳定性, 从而保证Terminal滑模控制器能有效提高系统动态特性。在气动参数标称与拉偏的情形下进行高超声速飞行器数字仿真, 仿真结果说明干扰观测器能快速跟踪干扰, 且所设计的Terminal滑模控制可以满足飞行器高精度的控制要求。
Terminal滑模变结构控制 干扰观测器 姿态控制 李亚普诺夫方法 Terminal sliding mode control disturbance observer attitude control Lyapunov theory
