基于PSD的微型化精密光學(xué)三維測(cè)角系統(tǒng)的研究.pdf

1、慣性測(cè)量單元（IMU）中的減震器由于外界擾動(dòng)產(chǎn)生的形變，會(huì)導(dǎo)致陀螺輸出一個(gè)額外的角加速度。為了進(jìn)一步提高IMU的姿態(tài)測(cè)量精度，常通過(guò)測(cè)量減震器的形變量來(lái)補(bǔ)償這個(gè)額外的角增量。本文基于某型慣性導(dǎo)航設(shè)備研制的實(shí)際需要，針對(duì)現(xiàn)有精密測(cè)角儀在三維測(cè)量、結(jié)構(gòu)外形、溫度穩(wěn)定性等方面的不足，提出了一種基于高精度位置敏感器件（PSD）的微型化精密光學(xué)自準(zhǔn)直三維測(cè)角方案，論證并設(shè)計(jì)了該三維測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了該方案的可行性。主要研究工作如下：
　　

2、一、針對(duì)自準(zhǔn)直測(cè)量的光學(xué)成像過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，仿真研究了成像質(zhì)量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。從典型光學(xué)自準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了一種基于矩陣變換、矢量運(yùn)算和光線變換理論的自準(zhǔn)直測(cè)量模型，仿真分析了簡(jiǎn)化模型的誤差、成像光斑的畸變以及測(cè)量過(guò)程中光斑的運(yùn)動(dòng)軌跡。實(shí)驗(yàn)研究了現(xiàn)有基于四象限探測(cè)器的精密測(cè)角儀的光斑非均勻性和溫度穩(wěn)定性，分析并指出了該測(cè)量方案中存在的不足。
　　二、設(shè)計(jì)了自準(zhǔn)直三維測(cè)量光路，仿真驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案的可行性，較全面

3、地分析了系統(tǒng)中引入測(cè)量誤差的各種因素。針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量方案的不足，甄選了滿足要求的光源和探測(cè)器，圍繞小型化和高精度的實(shí)際要求，完成了光學(xué)三維測(cè)角方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)；應(yīng)用ZEMAX軟件對(duì)系統(tǒng)測(cè)量光路進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了測(cè)量方案的可行性；應(yīng)用理論推導(dǎo)和仿真分析的手段，研究了自準(zhǔn)直測(cè)量中可能出現(xiàn)的多種影響測(cè)量精度的因素，并分別提出了修正方法。
　　三、搭建了方案中的測(cè)量光路，實(shí)驗(yàn)研究了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量特性。參照設(shè)計(jì)方案，在光學(xué)平臺(tái)上搭建了基于