激光自准直微小角度测量基础技术研究-仪器科学与技术;测试计量技术及仪器专业毕业论文.docx

-...F』...,r-tS也曾i‘k独创性声明本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为狭得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者簇名:务。玛 签字日期: )tøIO年f 月刊学位论文版权使用授权书本学位论文作者先全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权一天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:如I 导师签名:i \比签字日期:o).ofq年f 月<1-日 签字日期:μ'10年 f月4日、、占自'a胞#摘要光电自准直微小角度测量技术具有非接触、测量结果与测量距离无关、精度高、方便可靠等优点,在机械、航空航天以及军事等诸多领域都具有广泛的应用,…尤其在军事瞄准与定位中具有案要意义。论文针对瞄准与定位应用要求,对激光自准直微小角度测量的基础技术展开研究。首先针对光电自准直系统现有简化模型的周限,提出了一种基于欠最运算的建模方法,建立了激光自准直系统的数学模型。对该模型进行了讨论,提出了理想自准直系统概念,得出了自准直二维测角的像轨迹原理、增维测角技术和有限尺寸条件下的测量范围表达式。通过数值仿真,分析了回像轨迹与平面镜转角的愤 关系、回像轨迹非线性以及四像畸变,得到了简化模型的非线性误是和有限尺寸条件下的回像照度分布。数学模型的建立,为激光自准直系统研制提供了理论指导。以理想自准直系统为目标,构建了基于LD-PSD的激光自准直系统。根据响应速度、光强动态范围和稳定性综合要求,对不同类型的光源和光电传感器进行了实验比较。结合商斯光束变换理论,设计了系统的光路方案,该方案符合理想自准直系统要求,又不同于已有的自准直光路形式,避免了商精度分划板的加工困难。确定了系统的主要参数,并对相关参量进行了计算。通过数值仿真和实验,研究了与系统性能密切相关的LD和PSD各项特性以及系统的光强动态适应性和稳定性。提出了基于PSD输出和电压校正相对位移灵敏度系数的方法,减小反射光强变化对LD-PSD激光自惟直系统测量结果的影响。分析了系统结构稳定性和光电系统稳定性的影响因素,并进行了稳定性综合实验。对比研究了同步来样法和互相关法,结合互相法对间步采样法进行了改进实价验。三种信号处理方法中,互相关法的角度噪声和长时间稳定性均为最优。激光障 自准直系统的互相关信号处理方法,既适应了弱反射条件,又减小了各种干扰因素的影响,提高了仪器对光强变化的适应性和系统稳定性。快速找谁是光电自准直系统应用中的一个重要问题。针对瞄准与定位应用,提出了基于倾角传感的快速找准方法。采用MEMS二维倾角传感器设计了快速找准系统,对其进行了倾角标定,采用自校准原理标定了快速找准系统的绝对零点。,最后制作了激光自准直微小角度测最样机,对其进行了线性、光强动恋适应性、稳定性、快速找准及其他特性实验。实验结果表明,样机两轴最大测量范围为土700",",在土150"范围内,","/4h,平均找准时间小于3分钟。'4论文的主要创新性工作包括:(1)提出了一种基于矢量运算的建模方法,建立了激光自准直系统的数学模型,并提出了理想自准直系统概念。 (2)针对瞄准与定位应用,提出了基于倾角传感的快速找准方法。 (3)提出了激光自准直系统的互相关信号处理方法,提高了仪器对光强变化的适应性和系统稳定性。(4)提出了基于PSD输出和电压校正相对位移灵敏度系数的方法,减小反射光强变化对激光自准直系统测量结果的影响。关键词z激光自准直微小角度理想自准直系统光强动态适应性互相关快速找准k占曾(\tJ.ì'Á)ABSTRACTu晴611RThetechniqueofphotoelectricautocollimationfòrmicro伽anglemeasurementhastheadvantagesofnoncontact,,aerospaceandmilitaryarea,