李鑫[1]2003年在《高精度激光时间传递技术的研究》文中进行了进一步梳理本文对高精度激光时间传递技术进行了详尽的论述,主要部分共有七章。第一章是前言。第二、叁两章分别从时间频率测量理论和卫星激光测距理论两方面介绍了激光时间传递技术中包含的基本物理概念及公式。时钟频率的准确度、漂移率和稳定度,卫星激光测距的激光雷达方程在这里说明。第四章介绍了激光时间传递的发展过程,通过本章可以了解到激光时间传递技术在时间领域的重要地位。不仅如此,激光时间传递在相对论领域也占重要位置,爱因斯坦在1905年就提出通过光脉冲比对钟差验证狭义相对论时空理论的设想。第五、六章是本论文的核心。从激光时间传递的原理入手,介绍构成一个完整的激光时间传递系统所需的仪器设备,对星地激光时间比对中不可忽略的相对论修正也给出了公式和估计值。在此基础上,介绍了我们建立的一套地面激光时间传递系统,以及对两台氢原子钟进行钟差比对和相对频率差的测定。结果表明,100s时间内钟差比对精度达到了24.1ps,测定了两台钟的相对频率差为5.8×10-13,相对频率稳定度达到1.8×10-13/200s。第七章提出了上海天文台下一步的发展计划,将在本次地面激光时间传递试验的基础上,发展星地时间传递及全球远距离激光时间传递技术。
姜俊[2]2004年在《高精度激光板厚测量仪的振动误差研究》文中提出高精度板厚测量仪是实现高精度铝薄板加工及板凸度的精确控制的关键设备。板厚测量仪通过测量生产过程中的横向板厚差，为铝薄板带材生产过程控制提供更加全面的信息。高精度激光测厚仪以其高精度、低成本成为了在线板型监测技术研究的一个重要方向。在高精度激光测厚中，振动是影响测量精度的关键因素之一。由于测厚仪的结构和现场振动状况都很复杂，难以建立测厚仪测量误差与振动因素的数学模型。本文通过对铝薄板铸轧加工现场的振动测试以及高精度激光仪内部的振动分析测试，设计了基于空气弹簧的被动隔振系统以及基于神经网络的数据误差补偿系统，对高精度激光板厚测量仪的振动消除做了以下研究： 1．在测试和分析了工业现场高激光测厚仪的振动状况和振动原因的基础上，得出了高精度激光测厚仪振动抑制的策略。 2．根据工业现场振动环境的特点以及激光测厚对外界振动的响应试验，设计了空气弹簧消极隔振系统，并对空气弹簧隔振系统的关键参数进行了模拟仿真设计。 3．根据高精度激光测厚仪自身结构和内部振动的特点，设计了基于神经网络的高精度数据误差补偿系统，并开发了数据补偿软件。 4．设计了高精度数据补偿系统的模拟仿真试验，并利用在华北铝业集团超薄快速铸轧车间的高精度激光测厚仪试验样机上测试的数据进行了仿真。并根据仿真建立的数据补偿系统对测厚仪试验样机进行了试验。
赵晟娅[3]2014年在《高精度激光并行测距系统信号检测与处理技术》文中认为随着社会科学的进步和测距技术的广泛应用,激光测距越来越多应用于大型、实时、动态的扫描测量,如叁维图构建、大尺寸建筑的尺寸测量、实时表面信息采集等,这对激光测距同时提出了高精度和高效率的双重要求。目前广泛应用的有相位式激光测距和脉冲飞行时间激光测距,前者测量精度较高,但是测量速度慢,逐点扫描效率低；后者测量距离远,但是测量精度较低,难以同时满足高精度和高效率的双重要求。本文在相位式激光测距的基础上,研究一种基于频分复用原理的激光并行测距系统,系统选用多路频率不同的调制信号驱动多个激光器并行发射光强度按照调制信号变化的测距光波。单路调制信号采用多测尺合成波的方式,通过两个测尺测距结果的组合,消除了由于整波长造成的测距结果的不确定性。经过被测目标漫反射后的多路回波信号相互混合后,由同一光电探测器进行接收并进行前置放大、杂波滤除等预处理,然后和参考信号一同送至混频单元进行降频处理,并由低频滤波器选出有效信号。通过多通道AD并行采集后由数字信号处理器对其进行数字鉴相,根据各路信号的频率不同,找出其对应的频谱谱线即可同时求取多路信号的相位。通过计算多路回波信号和参考信号之间相位差,即可同时得出多个测量点的距离,实现并行测距,提高了测量效率。本文详细分析了多路并行信号调制解调原理以及信号检测和处理方法,分析了激光并行测距系统各模块的组成及精度影响因素,在simulink仿真环境下进行了各模块建模和系统集成,通过系统仿真分析了信号源相位噪声和频率误差、不同调制波形以及不同鉴相方法对测距精度的影响。仿真结果表明：信号源相位噪声和频率误差所引起的测量误差随着系统电路带宽以及测量量程的增加而增大,同时采用高频正弦波和低频正弦波直接迭加的方式和全相位数字鉴相算法对提高系统测量精度有显着效果。最后,论文设计实现了激光并行测距系统相关硬件电路,并进行了初步的调试。
康飞[4]2014年在《高精度激光跟踪仪控制系统设计与仿真研究》文中研究指明围绕激光跟踪仪的跟踪精度与响应速度这个中心，逐步展开对激光跟踪仪的应用与研究现状、测量原理、系统建模、控制系统设计和误差分析的探讨。国防工业和民用企业制造业要向高精密度和高效率的生产方向发展，必须依赖高精度、实时性、智能化的测量仪器，传统测量仪器不能满足高效与高精的要求。激光跟踪仪是一种新型的叁维坐标测量仪，测量效率高，可以自标定，精度可达微米级。基于球坐标法可实现单机测量，基于叁角法和多路法可实现联机测量。其应用前景广阔，所以研究极具意义。本文对激光跟踪仪的随动部分——激光跟踪头的工作原理进行了阐述，解析了系统驱动电机、反射镜和传感器的工作原理，建立了系统模型，并设计了光电编码器和光电探测器的接口电路。设计了基于PID控制的电流-速度-位置环的伺服控制系统，并验证了系统的跟踪性能。试验表明在远端点设计的位置环控制器，当测距逐步减小时系统动态性能变差，调节时间加长。这表明该控制器不能保证系统在全程测距范围都有较好的动稳态性能，推导证明系统响应特性与测距长度L相关。因此进一步研究了智能控制在该系统中的应用。鉴于模糊控制算法具有万能逼近特性，对被控系统的参数变化或非线性因素表现不敏感，因此重点研究了模糊控制与PID算法的结合应用。设计了模糊控制律，分别做了模糊PID开关切换，模糊PID软切换和模糊自整定PID参数控制。验证表明在后两种控制策略下，伺服系统在全程测量范围可实现保精度快速无超调响应。另外，建立了激光跟踪头水平轴系和方位轴系径向振动的数学模型，分别分析了轴振对跟踪精度和测距精度的影响。分析表明高精密度轴的轻微振动对目标靶镜跟踪精度影响很小，不会影响到干涉测距；对测距精度的影响更小，可达纳米级别。最后总结本文并对需要进一步研究的问题进行了阐述。
荆伟, 赵振明, 高峰[5]2012年在《测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究》文中进行了进一步梳理提出了距离范围可调的高精度激光相位测距系统的研究方法。系统采用脉冲测距方法预测距离范围,定位目标后,运用多个辅助频率激光相位测距技术进行精确测距。系统内外接收电路独立分开,并采用了自动数字测相技术,达到了高精度,测量范围可调的实际要求。
陈若舟[6]2007年在《高精度激光跟踪装置闭环控制电路设计》文中认为激光跟踪探测是集光学、激光、精密机械、运动控制及集成电子等多种技术为一体的综合性技术,因其具有测量范围广、精度高、速度快、非接触等优点已被广泛应用于大尺度工业测量及航空航天等领域。而高精度二维闭环伺服控制作为激光跟踪探测中的关键技术,其跟踪性能、闭环控制精度、稳定性及响应速度等性能指标直接影响着整个系统的探测精度。因此对此项关键共性技术的研究对激光跟踪探测系统有着非常重要的意义。本课题针对以圆感应同步器、直流力矩电机及二维旋转支架构成的闭环伺服控制机构的高精度闭环伺服控制进行了研究,具体的研究内容如下。首先,根据对圆感应同步器原理及主要误差因素的分析,设计了高精度的感应同步器测角电路,电路中通过合理设计激磁信号源、电路滤波及电磁屏蔽,使得细分电路不仅具有很高的细分精度,同时稳定性好、抗干扰能力强。其次,针对闭环控制电路响应速度快、精度高、能够精确获取跟踪偏差信号的要求,设计了基于DSP与FPGA的高精度位置伺服系统硬件电路,该电路具有控制灵活、性能可靠、响应快的特点。然后,在上述硬件平台的基础上,对闭环伺服系统的软件进行了设计及调试,讨论了PID控制算法的基本原理,推导了直流电机的数学模型,并对调节器函数进行了双线性变换,得到控制的传递函数。最后对圆感应同步器测角电路的性能及整个闭环伺服系统的响应特性及位置闭环精度进行了实验测试。实验结果表明:控制系统中两轴的角分辨率分别达到了1.76角秒和0.88角秒,系统稳态波动量仅为±1个脉冲,定位精度优于±5.3角秒。
夏蕾[7]2017年在《高精度激光合束及光轴指向控制技术研究》文中认为激光有源干扰技术作为激光对抗的重要组成部分,一直是各国科技领域的热点和前沿问题。激光合束和控制系统作为激光有源干扰系统的输入端,其合束效果对激光干扰有重大影响。本文针对激光合束与控制系统,主要对激光合束方案、合束系统的监测和校正,合束光的传播特性以及合束精度分析和检测进行研究。本文采用的是非相干合束中的波长合束,相比于相干合束和其他非相干合束,它能完成多波长的合束,具有合束效率高、结构简单、元件价格低、抗热损伤能力高、易于工程实现的优点。合束系统通过镀膜干涉滤光片将叁束不同波长的可见光激光分别进行透射或反射,从而将其合成一束,再通过CCD和二维快反镜来完成合束光的精度监测与校正的闭环控制。同时对激光合束精度和激光器的功率指标做了一定分析和计算,最后对合束的关键元件镀膜滤光片进行了材料和参数的选取。合束监测与校正系统选取的是漏光透镜法的直接监测方案。通过分束镜将合束光分为两部分,反射光进入发射系统,透射的漏光进入监测系统。监测系统里的切换转轮能够对合束光进行波长选择,结合消色差透镜,完成多光束实时角度监测。根据工程需求,确定反射镜的尺寸和叁点夹持的压脚法安装固定方式,并选取柔性轴结构的压电陶瓷二维偏转台和CCD图像传感器分别作为快速反射镜驱动机构和角度测量元件。分析了常用的光斑中心亚像素定位算法,最后采用迭代阈值分割的图像预处理技术和二元线性插值的重心法进行光斑中心定位并分析了其测量误差。对倾斜光束进行准确的描述,创立了虚拟光学系统处理倾斜光束的技术方法,从而解决了一阶近似的小角度倾斜光束通过轴对称元件传播问题。应用多体运动学中的基矢量列阵方法来分析非轴对称元件的位姿变换,并结合虚拟光学系统和失调非轴对称系统理论,解决了一阶近似的小角度倾斜光束通过非轴对称元件的传播变换问题。最后应用ZEMAX光学软件仿真对倾斜光束进行仿真,仿真结果与虚拟光学系统的理论计算误差小于2‰。应用倾斜光束通过非轴对称元件的相关方法和结果,得出了倾斜基模高斯光束通过倾斜滤光片仍可以视为倾斜基模高斯光束的结论。根据这个特性,给出了以(a0,b0,θx,θy)即离轴量和倾斜角为参数来的倾斜光束合束精度分析模型,并将合束元件分为-45°透射镜、45°反射镜、-45°反射镜叁种作用元件。根据合束作用元件对倾斜光束参数的变换,分析了合束精度监测的合理性并从误差分析的角度得到了合束精度优于9.136″的结论。分析了透镜法检测合束精度的原理误差,得出可以通过提高透镜焦距f,减小离焦量δz,来准确测量合束精度的结论。设计了对合束精度的检测实验,且实验数据与理论数据误差小于7.55%,说明了合束精度透镜法监测的准确性。
张红良[8]2010年在《陆用高精度激光陀螺捷联惯导系统误差参数估计方法研究》文中进行了进一步梳理随着我国激光陀螺生产技术的成熟,研究和利用陆用高精度激光陀螺捷联惯导系统成为热点。本文以提高陆用高精度激光陀螺捷联惯导系统性能为目的,研究了IMU标定、零速修正和惯导系统全局可观性分析等误差参数估计方法。论文的主要工作和创新点如下:1.推导了基于高精度转台的IMU标定方法的误差解析式,提出了一种抑制转台误差的标定编排改进方案。建立了IMU标定参数模型,采用叁轴正反转和24位置静态测试编排方式,推导了基于高精度转台的IMU标定方法计算公式。建立了转台误差模型和IMU测量误差模型,理论推导并用仿真和实验证明了标定误差的解析式,建立了标定精度和转台精度、惯性器件精度的定量关系,指出了角秒级转台的标定精度极限。分析指出由于存在转台误差,传统标定编排中基准系不正交,陀螺和加速度计标定基准系不一致,提出了一种抑制转台误差的标定编排改进方案,实现了基准系的正交和一致,实验表明标定编排改进方案提高了IMU的标定精度。2.研究了静态多位置IMU模观测标定方法,提出了转动激励模和矢量观测标定方法,研究了利用IMU测量转台误差的方法。转动激励模和矢量观测标定方法克服了目前模观测标定方法的一些不足,从原理上降低了标定对转台的依赖,实验表明激光陀螺捷联惯导系统IMU标定精度优于基于角秒级高精度转台的标定方法。提出了最优编排的概念,研究了标定中的最优编排设计问题,利用敏感度函数方法和矢量几何方法给出了一组近似最优的编排方案。作为转动激励模和矢量观测标定方法的拓展应用,研究了利用标定后的IMU测量转台误差的方法,为转台误差测量提供了全新的研究思路。3.研究了两种IMU系统级标定方法:拟合方法和滤波方法。分别基于转台信息和基于惯导测量信息推导了系统级标定拟合方法,讨论了载体系的约束问题,指出了12个安装误差角存在3组耦合的根本原因,仿真证明了系统级标定拟合方法的有效性,表明基于惯导测量信息的拟合标定方法对转台的精度要求更低。建立了系统级标定滤波方法的滤波器模型,结合实际考虑了有无杆臂两种情形,仿真证实了方法的有效性。将系统级标定滤波方法应用于某型高精度激光陀螺捷联惯导系统,考虑了尺寸效应,实验表明标定精度优于基于角秒级高精度转台的标定方法。4.研究了激光陀螺捷联惯导系统的零速修正技术。分析了IMU标定误差对惯导系统导航误差的影响,通过仿真和实验共同证实了捷联惯导系统存在姿态运动时,IMU标定误差作用规律复杂,系统导航误差不遵循低频振荡规律,影响零速修正的效果,指出IMU精确标定是保证捷联惯导系统零速修正精度的关键。对精确标定后的高精度激光陀螺捷联惯导系统进行两组零速修正实验,修正间隔约10min时,水平定位误差小于7m(CEP),修正间隔约20min时,水平定位误差小于39m(CEP)。5.分析了惯导系统参数的全局可观性。从可观性定义出发,利用创新性的全局可观性分析方法,分析了一般情形、静态多位置情形和仅考虑惯性器件零偏情形下的惯导系统参数的可观性,得到了一些全新的结论,进行了相关仿真验证,表明目前广泛采用的基于系统线性化的可观性分析方法具有一些缺陷,理论上不严谨,分析结论不具有全局意义。
杨福民, 庄奇祥, 苏锦源, 谭德同, 李振宇[9]1982年在《高精度激光时间传递实验》文中指出在相距25.2公里的徐家汇和佘山两处进行了地面激光时间传递实验。利用叶录素 d 调 Q的红宝石激光器及两套光电接收系统等设备,初步测定了两地原子钟的钟差。在每组连续两分钟的比对时间内,测得的钟差平均值精度为1.3ns。此方法可以对两地原子钟校频。
吴赛成[10]2011年在《船用高精度激光陀螺姿态测量系统关键技术研究》文中研究表明随着我国自主研制的激光陀螺精度逐步提高，以激光陀螺为核心惯性元器件的船用高精度姿态测量技术成为了研究热点。本文以船用高精度激光陀螺捷联姿态测量系统为研究对象，研究了制约进一步提高姿态测量精度的关键因素和解决方法，内容包括惯性测量单元（IMU）系统级标定方法研究、重力场异常对姿态测量系统的影响及补偿方法研究、重力场辅助惯性测量研究、动基座对准研究、滤波延迟补偿方法研究等。论文的主要工作和创新如下：1．系统级标定方法研究。推导了在圆锥运动条件下IMU标定误差的误差传播公式，指出陀螺非正交安装误差与刻度因子误差是标定误差中引发圆锥误差的主要因素；引入了系统级标定方法基准坐标系的约束条件，设计了基于27维Kalman滤波器且仅以速度误差为观测量的系统级标定算法；规划了系统级标定方法的标定路径，并基于分段线性定常系统可观测性分析理论（PWCS）与奇异值分解法（SVD）对其可观测性进行了分析，提出了基于可观测度分析的加权反馈算法；仿真和实验结果表明系统级标定法的标定精度优于基于高精度姿态基准的分立标定法，陀螺非正交安装误差角标定精度优于2。2．重力扰动对高精度姿态测量系统的影响及补偿研究。进行了重力扰动影响的单通道原理性分析，指出垂线偏差是主要误差因素；推导了由垂线偏差产生的解算误差的理论表达式，并应用全球重力扰动数据库进行了仿真研究；研究了重力扰动对系统初始对准的影响，得到了垂线偏差将导致等量的初始对准姿态误差的结论；利用垂线偏差数据库对航天测量船搭载试验中在某海域的试验数据进行了补偿分析，补偿后系统精度有较大幅度提高。3.针对纯惯性姿态测量系统误差随时间积累的问题，开展了基于UKF的重力场辅助惯性姿态测量技术研究。区别于以往基于图形相关匹配算法的间接融合算法，设计了一种直接利用重力异常值作为观测量的信息融合方法，由于重力异常信息具有强非线性特征，选用UKF作为信息融合算法；提出了一种基于重力异常梯度加权的多周期反馈UKF滤波算法，仿真结果表明应用此算法后系统的位置、速度以及姿态误差均得到了较好的抑制，且算法对测量噪声与初始定位误差不敏感，与EKF算法相比无需计算局部重力场模型并对其线性化，在不同重力异常梯度下均具有较强的鲁棒性；基于航天测量船搭载试验数据开展了半实物仿真研究，结果进一步验证了本算法的可行性与适应性。4．动基座对准研究。应用PWCS理论研究了单轴旋转调制姿态测量系统动基座对准的可观测性问题，指出旋转调制能提高系统动基座对准的可观测性，降低了高精度动基座对准对载体机动的要求，研究结果表明在简单机动的情况下，单轴旋转调制姿态测量系统动基座对准的精度和速度都有所提高；针对动基座大方位失准角对准问题，推导了其非线性误差传播方程，并在此基础上设计了基于UKF的动基座非线性对准算法，仿真和实验结果均表明，UKF能很好地解决姿态测量系统动基座大方位失准角的问题。5．FIR滤波延迟补偿方法研究。针对机抖激光陀螺系统中FIR滤波器延迟将导致姿态输出实时性降低的问题，采用基于运动跟踪预测模型的Kalman滤波器，直接对有时间延迟的姿态角输出信息进行时间序列上的一步预测，得到当前时刻真实姿态角的估计值；通过对实测数据的分析，表明本方法能有效预测出运动载体的即时姿态角，提高了姿态测量系统的实时性。6．系统软硬件实现及航天测量船搭载试验。论述了基于机抖激光陀螺的高精度姿态测量系统的软硬件实现方案，研究了基于Vxworks实时操作系统的姿态测量软件开发问题，详细规划了各任务模块设计；开展了为期近7个月、行程达3万多海里的远洋航天测量船搭载试验，对论文研究的重力补偿、重力场辅助惯性测量、动基座对准可观测性、系统级标定方法进行了充分的验证分析。
参考文献：
[1]. 高精度激光时间传递技术的研究[D]. 李鑫. 中国科学院研究生院（上海天文台）. 2003
[2]. 高精度激光板厚测量仪的振动误差研究[D]. 姜俊. 中南大学. 2004
[3]. 高精度激光并行测距系统信号检测与处理技术[D]. 赵晟娅. 大连海事大学. 2014
[4]. 高精度激光跟踪仪控制系统设计与仿真研究[D]. 康飞. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2014
[5]. 测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究[J]. 荆伟, 赵振明, 高峰. 科技创新导报. 2012
[6]. 高精度激光跟踪装置闭环控制电路设计[D]. 陈若舟. 哈尔滨工业大学. 2007
[7]. 高精度激光合束及光轴指向控制技术研究[D]. 夏蕾. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所. 2017
[8]. 陆用高精度激光陀螺捷联惯导系统误差参数估计方法研究[D]. 张红良. 国防科学技术大学. 2010
[9]. 高精度激光时间传递实验[J]. 杨福民, 庄奇祥, 苏锦源, 谭德同, 李振宇. 应用激光. 1982
[10]. 船用高精度激光陀螺姿态测量系统关键技术研究[D]. 吴赛成. 国防科学技术大学. 2011
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