激光自準直微小角度測量基礎(chǔ)技術(shù)研究.pdf

1、光電自準直微小角度測量技術(shù)具有非接觸、測量結(jié)果與測量距離無關(guān)、精度高、方便可靠等優(yōu)點,在機械、航空航天以及軍事等諸多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用,尤其在軍事瞄準與定位中具有重要意義。論文針對瞄準與定位應(yīng)用要求,對激光自準直微小角度測量的基礎(chǔ)技術(shù)展開研究。
　　 首先針對光電自準直系統(tǒng)現(xiàn)有簡化模型的局限,提出了一種基于矢量運算的建模方法,建立了激光自準直系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對該模型進行了討論,提出了理想自準直系統(tǒng)概念,得出了自準直二維測角的像

2、軌跡原理、增維測角技術(shù)和有限尺寸條件下的測量范圍表達式。通過數(shù)值仿真,分析了回像軌跡與平面鏡轉(zhuǎn)角的關(guān)系、回像軌跡非線性以及回像畸變,得到了簡化模型的非線性誤差和有限尺寸條件下的回像照度分布。數(shù)學(xué)模型的建立,為激光自準直系統(tǒng)研制提供了理論指導(dǎo)。
　　 以理想自準直系統(tǒng)為目標,構(gòu)建了基于LD-PSD的激光自準直系統(tǒng)。根據(jù)響應(yīng)速度、光強動態(tài)范圍和穩(wěn)定性綜合要求,對不同類型的光源和光電傳感器進行了實驗比較。結(jié)合高斯光束變換理論,設(shè)計了系

3、統(tǒng)的光路方案,該方案符合理想自準直系統(tǒng)要求,又不同于已有的自準直光路形式,避免了高精度分劃板的加工困難。確定了系統(tǒng)的主要參數(shù),并對相關(guān)參量進行了計算。
　　 通過數(shù)值仿真和實驗,研究了與系統(tǒng)性能密切相關(guān)的LD和PSD各項特性以及系統(tǒng)的光強動態(tài)適應(yīng)性和穩(wěn)定性。提出了基于PSD輸出和電壓校正相對位移靈敏度系數(shù)的方法,減小反射光強變化對LD-PSD激光自準直系統(tǒng)測量結(jié)果的影響。分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和光電系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素,并進行了穩(wěn)

4、定性綜合實驗。
　　 對比研究了同步采樣法和互相關(guān)法,結(jié)合互相法對同步采樣法進行了改進實驗。三種信號處理方法中,互相關(guān)法的角度噪聲和長時間穩(wěn)定性均為最優(yōu)。激光自準直系統(tǒng)的互相關(guān)信號處理方法,既適應(yīng)了弱反射條件,又減小了各種干擾因素的影響,提高了儀器對光強變化的適應(yīng)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性?？焖僬覝适枪怆娮詼手毕到y(tǒng)應(yīng)用中的一個重要問題。針對瞄準與定位應(yīng)用,提出了基于傾角傳感的快速找準方法。采用MEMS二維傾角傳感器設(shè)計了快速找準系統(tǒng),對其進

5、行了傾角標定,采用自校準原理標定了快速找準系統(tǒng)的絕對零點。
　　 最后制作了激光自準直微小角度測量樣機,對其進行了線性、光強動態(tài)適應(yīng)性、穩(wěn)定性、快速找準及其他特性實驗。實驗結(jié)果表明,樣機兩軸最大測量范圍為±700",分辨力為0.1",在±150"范圍內(nèi),最大非線性誤差為0.8",示值漂移為0.4"/4h,平均找準時間小于3分鐘。
　　 論文的主要創(chuàng)新性工作包括:(1)提出了一種基于矢量運算的建模方法,建立了激光自準直系統(tǒng)