星-地激光通信具有通信距离远、传输信道复杂等特点, 为建立稳定可靠的星-地激光通信链路, 需要建立大口径的地面站。着重研究了地面站中500mm大口径主镜柔性支撑的点位分布及结构尺寸。让主镜组件既满足刚度需求, 也具有柔度缓解其自身动态误差。在Isight平台建立光机热耦合的优化流程。运用Zernike多项式拟合面形得到精准的镜面RMS值; 并以此为优化目标, 获取柔性支撑点位的最优解及柔性杆尺寸参数的最优解。经过优化, 主镜组件可适应温度范围扩大了约30℃; 在俯仰角度变化下, 主镜RMS值下降约2nm。对设备进行了相关试验, 主镜面形均满足指标要求小于0.08λ。

由于微惯性测量单元(MIMU)易受环境影响, 且存在输出非线性以及剧烈角运动和线运动下精度低的缺点, 而传统的多项式标定方法难以精确地补偿动态误差, 因此,利用深度学习方法对MIMU整体动态误差进行建模与补偿, 分别使用浅层神经网络与深度循环神经网络建立MIMU的整体动态误差模型。设计了基于三轴带温箱位置速率转台的标定流程, 使三轴带温箱转台的内、中、外3轴同时施加角运动并且施加温度变化, 建立MIMU的多因素影响误差训练集。实验结果表明, 浅层神经网络模型相对于传统模型在误差补偿效果上略有提升, 深度循环神经网络模型补偿后残差均值与均方差显著下降, 其中,门控循环单元(GRU)神经网络模型补偿效果最好, 并且需要训练的参数较少、计算负担小。

在批量生产小型光电编码器的过程中,出厂检验不仅要对光电编码器动态误差进行检测, 也要对不达标编码器进行误差溯源及修正。在实现对光电编码器高、低转速下的动态误差检测的同时, 需要快速的定位光电编码器动态误差超标的原因, 使生产者能够根据误差超标原因对编码器进行调校。为此, 提出了光电编码器检测方法及评估方法, 设计了小型光电编码器动态误差检测及评估系统。首先, 从低、中、高频率方面对光电编码器误差组成分析, 明确了各频率误差的产生原因; 然后, 提出了采用AR模型谱估计法对动态误差进行评估的方法, 并根据误差评估结果给出误差产生因素判定; 最后, 设计了小型光电编码器动态误差评估系统, 实现了对光电编码器的动态误差检测, 并给出误差评估结果。所设计的检测系统工作转速范围为0.5~8 r/s, 检测精度优于2″; 误差评估系统能够清晰的显示出动态误差在各频率下的均方值, 使生产者能够轻易地找到不达标编码器的调校方法。该系统准确可靠、显示直观, 为批量生产光电编码器提供了简单有效的检测评估手段。

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。

介绍了利用大功率半导体激光器发出的脉冲激光作为激励源，使被校准热电偶表面产生温升，用响应速度快的红外探测器和对被校准热电偶同时对此温度变化信号进行探测，由于红外探测器的频率响应优于被校准热电偶频率响应，因此，以前者测得的值作为真值来校准后者的动态校准系统。利用该系统对普通K型铠装热电偶进行了动态校准，得到红外探测器和被校准热电偶温度-时间的曲线。热电偶补偿环节采用动态补偿滤波器进行建模，由测得的数据曲线来确定滤波器的阶次和参数，从而确立模型结构，并利用交叉检验法检验模型的正确性。试验表明: 通过动态补偿模型减小了热电偶的动态误差，使之更接近于实际值，并给出了普通K型铠装热电偶补偿曲线。

光电编码器具有静态特性和动态特性，目前对光电编码器误差的分析主要局限于静态状态下。为使光电编码器动态特性更加完善，从轴系晃动、幅频响应、细分延时等方面，对小型绝对式光电编码器的动态误差进行了研究。通过分析角速度对光电编码器动态误差的影响，得出了速度影响动态误差的主要规律。分析表明，对于码盘刻划h条精码道的光电编码器，其动态误差由1次正弦分量、h次正弦分量和常数分量组成，并且随着光电编码器转速的变化，各次误差分量的幅值都发生相应的改变，影响光电编码器的动态特性。研究结果可以用于光电编码器生产中对编码器动态特性的分析与控制，为改善编码器动态特性提供依据。

动态Allan方差(DAVAR)法是一种分析非平稳性信号的有效工具，但在辨识噪声时存在功率泄漏和定量表示单一的缺陷。为此，提出窗函数组合法和噪声量值的二维表示法对其加以改进，用于分析和定量描述光纤陀螺动态误差中的各种噪声项。窗函数组合法在光纤陀螺动态误差分解的基础上采用矩形窗和汉宁窗分别对其中的中低频噪声和高频噪声进行分析。噪声量值的二维表示法即根据DAVAR原理得到噪声量值随采样点数目增加的变化规律。实验结果证明窗函数组合法可以满足不同频段噪声的辨识要求，减小功率泄漏；噪声量值的二维表示法可以准确地反映出动态误差中各噪声项的变化特征。

缺乏有效的误差补偿方法是制约长光栅测量精度提高的关键原因之一。提出一种动态的误差补偿方法,可以消除由直流漂移、两路信号不等幅和非正交导致的细分误差。其原理是跟踪光栅信号在一个周期上的8个特征值点(正余弦信号的过零点及绝对值交点),从特征值点的幅度值中首先分解出正弦信号的直流漂移误差,对其进行补偿; 然后继续跟踪补偿后的信号,从中又能分解出余弦信号的直流漂移误差。再补偿,再跟踪,又能依次分解出不等幅误差和非正交误差。最多只需要3个光栅信号周期,就能对三种误差依次实现补偿。分析了谐波对该方法的影响并提出了改进措施。实验证实了该方法的有效性。

To achieve the laser accurately positioning on the target in high power laser facility, the error analysis method is necessary to actualize engineering of the facility and increase the technology of the correlational systems. The automatic alignment control system is mainly designed to establish and maintain laser chain alignment and eliminate the error, but the traditional error analysis method based on both contingency and system errors does not give a comprehensive analysis. So a new error analysis method based on both static and dynamic errors is developed. The optical system in the target area is analyzed with this method and a common equation of target positioning tolerance has been obtained. The satisfaction and feasibility of the error analysis are demostrated.

基于高功率激光装置主激光束精确打靶的需要,应用误差分析方法为装置的工程实施和单元技术的改进提供理论指导。针对装置在每发打靶前多应用自动准直技术来消除存在的误差,而传统的误差分析方法即随机误差和传统误差又未能进行全面系统的分析,提出了新的激光瞄准误差分析方法