国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
光学玻璃以其优异的物理性能被广泛应用于航天、信息、能源、化工、微电子等领域。随着这些领域的不断发展,传统技术已无法满足日新月异的光学元件超光滑表面加工的要求。为此,需要针对光学玻璃表面的超精密抛光加工展开深入且广泛的研究。在诸多有关超精密抛光加工技术的研究中,光学玻璃材料的抛光去除机理始终是人们的研究重点。为此,本文从超抛加工涉及的基本组件、材料去除的物理机理、材料去除的化学机理三个方面入手,对光学玻璃超精密抛光加工中材料去除机理进行综述,目的是掌握国内外学术界对于该问题的认识,并据此提出若干问题的思考,以期指导工程实践,进一步提升超光滑表面的成形能力。
材料 光学玻璃 超光滑表面 抛光加工 材料去除机理
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
在陆用组合导航领域, 激光多普勒测速仪作为速度传感器能够与捷联惯导系统组成组合导航系统。为了抑制车辆颠簸引起的倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响, 文中给出了基于Janus配置的分光再利用型激光多普勒测速仪。针对其与惯导系统组合导航过程中该配置结构测速仪的误差参数, 文中首先推导了该测速仪的速度误差模型, 在此基础上提出了差分GPS辅助的Kalman滤波标定法。实施了仿真及车载组合导航实验验证该方法的有效性。实验结果表明: 文中提出的标定方法是有效的, 误差参数补偿后的Janus配置激光多普勒测速仪能够大大提高组合导航定位精度。
激光多普勒测速仪 Janus配置 标定方法 Kalman滤波 组合导航系统 laser Doppler velocimeter Janus configuration calibration method Kalman filtering integrated navigation system 红外与激光工程
2019, 48(4): 0417003
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
为了抑制车辆颠簸、倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响, 设计了基于Janus配置的分光再利用结构激光多普勒测速仪, 该测速仪由两个激光多普勒测速仪子系统镜像安装而成, 可补偿倾角变化对速度测量的影响, 因此对倾角变化不敏感.车载实验结果表明该测速仪的测速相对误差为0.3%, 在55.6 km的行程中组合导航的最大位置误差为5.8 m.该结构激光多普勒测速仪能够抑制车辆颠簸、倾角变化对速度测量的影响, 提高组合导航定位精度, 更适合陆用组合导航.
应用光学 激光多普勒测速仪 Janus配置 速度测量 分光再利用 惯性导航系统 组合导航系统 定位精度 Applied optics Laser Doppler velocimeters Janus configuration Velocity measurement Split-reuse Inertial navigation systems Integrated navigation systems Positioning accuracy
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
为了有效抑制激光多普勒测速仪输出数据的随机漂移, 提高其测量精度, 在传统时序模型的基础上采用新陈代谢双时序模型进行激光多普勒测速仪漂移数据滤波.该模型由两级新陈代谢时序模型级联而成, 每一级新陈代谢时序模型均依次对13个数据点时序建模.依据此模型分别对激光多普勒测速仪静态及动态漂移数据进行建模和滤波.利用方差分析法及Allan方差法对滤波前后的测速仪静态漂移数据进行分析并利用频谱分析法对比了滤波前后的测速仪动态漂移数据.结果表明：新陈代谢双时序模型将静态漂移数据标准差减小为原始数据的44%, 将角度随机游走降为原始数据的41%; 该方法不仅能实时降低激光多普勒测速仪的静态随机漂移误差, 而且能够实时有效抑制其动态输出噪声.
应用光学 时序分析 新陈代谢双时序模型 激光多普勒测速仪 静态数据 动态数据 方差分析法 Allan方差 频谱分析 Applied optics Time series analysis Metabolic double time series model Laser Doppler velocimeters Static data Dynamic data Variance analysis Allan variance Spectrum analysis
国防科技大学前沿交叉学科学院， 湖南 长沙 410073
为了抑制车辆颠簸及载重变化对一维激光多普勒测速仪的影响，设计了一种二维激光多普勒测速仪。针对其使用过程中的误差参数，提出了一种差分全球定位系统辅助的Kalman滤波标定方法，并设计了车载组合导航实验验证了该方法的有效性。由补偿后的二维激光多普勒测速仪与陀螺数据航迹推算的最大水平位置和最大高度的误差分别为5.5 m和0.36 m。结果表明，该标定方法是有效的，补偿后的二维激光多普勒测速仪能大大提高导航的水平定位精度，且能给出高精度的高度信息。
测量 二维激光多普勒测速仪 标定方法 Kalman滤波 组合导航系统 航迹推算
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
针对捷联式惯导系统单位置对准可观测性的问题, 以捷联式惯导10状态变量误差方程为研究对象, 利用奇异值分解的方法, 对固定位置对准的系统各状态变量的可观测性进行分析。可观测性分析结果表明：系统的各状态变量非完全可观, 方位失准角的可观测度较低。为了改善对准系统的可观测性, 根据可观测度分析结果及工程应用特性进行模型降阶, 得到7阶卡尔曼滤波参数模型并进行了实验验证。实验结果表明：降阶后的模型对滤波参数的容忍度更大, 且降阶后模型的精度要高于降阶前的精度。
激光技术 捷联惯导系统 单位置对准 可观测性 奇异值分解 模型降阶
Author Affiliations
Abstract
College of Optoelectronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha, 410073, China
In order to select a suitable spatial filter for the spatial filtering velocimeter, the filtering characteristics of the spatial filters with a rectangular window and rectangular transmittance are investigated by the power spectrum of transmittance function method. The filtering characteristics of differential filters are investigated and compared with that of common ones. The influences of the number of spatial periods on the spectral bandwidth, deviation to central frequency, and peak transmittance are deeply analyzed. The results show that the influence is due to the form of superposition of the signal components and other components, the pedestal and higher-order components, and the superposition results from the finite size of the spatial filter. According to the results, a method is proposed to compensate for the deviation to central frequency.
070.6110 Spatial filtering 110.4850 Optical transfer functions 050.2770 Gratings Chinese Optics Letters
2015, 13(6): 060702
Author Affiliations
Abstract
College of Optoelectronic Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
In order to solve the problem of direction discrimination and low-speed measurement for a spatial filtering velocimeter, a method of frequency shifting is put forward. The filtering device is constructed by a CMOS linear image sensor that is employed both as a differential spatiotemporal filter and as a photodetector. Frequency shifting is realized by shifting the pixels of the image sensor, and the shifting is implemented digitally. The power spectrum of the output signal is obtained by fast Fourier transform (FFT). Given the limited resolution of FFT, a frequency spectrum correction algorithm, called energy centrobaric correction, is utilized to improve the frequency resolution. The built system is used to measure the transverse velocity of a simple pendulum. The results of theory analysis and experiments verify the feasibility of direction discrimination and low-speed measurement by the method of frequency shifting. Experimental results also show that the method of energy centrobaric correction can improve the velocity resolution by more than one order of magnitude.
Chinese Optics Letters
2015, 13(Suppl): S21204
国防科学技术大学光电科学与工程学院，湖南 长沙 410073
空间滤波测速系统中输出信号的基底成分，理论上可以通过差分方法完全消除。但由于由被测物体表面各处散射到光学系统并被探测器接收到的光能量不一致等原因，导致输出信号中仍然有基底成分残留，为信号特别是低频信号的探测带来困难。为了消除差分滤波器输出信号中残留的基底成分，对空间滤波测速仪中的图像传感器型差分滤波器的结构进行了优化设计。列出并分析了图像传感器型差分滤波器的各种可能结构形式，并且选择了几种典型的结构进行了实验。分别在均匀照明和非均匀照明条件下，从功率谱和信噪比两个方面分析了输出信号的质量，为滤波器结构的优化提供了依据。通过对比不同滤波器结构下系统输出信号的质量，得到了一种最为合适的能大大消除输出信号中残留的基底成分的滤波器结构。
空间滤波测速仪 差分滤波器 信号基底 功率谱 信噪比 spatial filtering velocimeter differential filter signal pedestal power spectrum signal-to-noise ratio 红外与激光工程
2015, 44(12): 3769
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
为了消除速度测量中的方向模糊以及减小测量不确定度，建立了一套基于空时滤波器的新型空间滤波测速仪。设计了一种基于高速互补金属氧化物半导体(CMOS)线阵图像传感器的空时滤波器，并从理论上分析了该类型空时滤波器的滤波特性。采用了快速傅里叶变换法分析输出信号的频谱，并通过能量重心法对频谱进行校正，减小了频率测量不确定度。使用这种新型测速仪对传送带的平移速度进行了测量。实验验证了该空时滤波器对运动方向辨别的可行性。同时，通过实验还分析了速度测量相对标准不确定度。实验结果表明使用空时滤波器的空间滤波测速仪可以使速度测量相对标准不确定度在频率测量相对标准不确定度的基础上大大降低。降低后的速度测量相对标准不确定度小于0.24%，该值还可以通过合理选择空时滤波器的参数来进一步减小。
测量 空间滤波测速仪 空时滤波器 图像传感器 运动方向识别 相对标准不确定度
