1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安 710071
3 西安工业大学 光电工程学院，陕西 西安 710021
When the collimator is placed horizontally and installed obliquely, its optical parameters will be greatly different due to different stress states. In order to accurately evaluate the focal length of collimator, according to the mapping relationship between the point on the focal plane of the collimator and the angle of the total station, an accurate mathematical model of the relationship between the focal length and the angle of the total station under the condition of oblique installation is established, the principle projection error caused by the rotation of the vertical axis of the total station is corrected. Several groups of data are collected by total station and experimental verification is carried out. After correcting the distortion, the focal length calculated by each testing point when the line segment is parallel to the vertical wire are 1 980.03 mm, 1 983.45 mm, 1 982.79 mm, the average focal length, i.e. the true value, is 1 982.09 mm. When the distortion is corrected but the projection error is not corrected, the focal length calculated from each testing point when the line segment is parallel to the horizontal wire of the reticle is 996.42 mm, 995.23 mm, 995.22 mm, the relative error of the average focal length is 50.2%. The range of focal length calculated by each testing point when the line segment is located in different quadrants and parallel to the horizontal wire of the reticle is 4.74 mm after correcting the projection error and distortion, the average focal length of all testing points is 1982.69 mm, the difference between the average value and the true value is 0.6 mm. The maximum relative error between the extended uncertainty of the focal length calculated by different testing point and the true value of the focal length is 0.36%. This value is far less than the stipulation in GB/T 9917.1-2002 that the relative error between the measured focal length and the nominal focal length in the photographic lens does not exceed ±5%. The experimental results show that the model has universality and high accuracy, the phase of the target slit in the reticle is allowed to be a random value, there is no need to adjust the slit to be strictly parallel to the vertical wire of the total station, the model has great engineering application value for the in-situ detection of the focal length of the collimator under the condition of oblique installation.
焦距 畸变 投影误差 原位标定 随机相位 focal length distortion projection error in-situ calibration random phase 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220124
1 中国科学院西安光学精密机械研究所检测技术研究中心, 陕西 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所空间精密测量重点实验室, 陕西 西安 710119
3 中国科学院大学光电学院, 北京 100049
分析了传统光电经纬仪脱靶量修正模型和多视场拼接光电经纬仪的特点,基于坐标变换原理,推导了成像系统具有大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量修正公式。依据上述脱靶量修正公式和目标模拟器指向,逆向推导了大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量计算公式,结合实际成像系统脱靶量信息,解算成像系统的指向校正系数。经实验验证表明,该方法突破了传统畸变修正模拟的局限性,适用于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正。针对大照准差为11.26°和大零位差为18.08°的2×3外拼接阵列测量系统,采用多成像模块外拼接型光电经纬仪系统的指向校正方法,得到水平和垂直的指向误差均小于1/5 pixel。
测量 光电经纬仪 脱靶量 指向校正 视场拼接
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了实现光电经纬仪姿态测量精度的室内测试和评价,介绍了光电经纬仪姿态测量方法,依据蒙特卡罗方法对测量站的姿态测量误差源进行了分析,得出姿态测量精度的主要影响因素,进而提出了一种室内姿态测量精度检测方法。基于外场理论弹道、目标姿态以及测量站站址,通过逆姿态测量理论计算得到姿态测量原始数据,再将姿态测量原始数据输入姿态测量设备,通过比较理论目标姿态和姿态测量设备给出的目标姿态,得到姿态测量设备的姿态测量精度。依据该方法,对某型号姿态测量设备进行了姿态测量精度检测。通过实验可得到该姿态测量设备的姿态测量精度,即航向角测量误差不大于1.9°,俯仰角测量误差不大于0.4°。
测量 姿态测量精度 光电经纬仪 蒙特卡罗 坐标变换
中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
为解决转角受限编码器角度误差的精确测试问题,采用平面反射镜-自准直经纬仪法测试编码器角度误差。建立了角度误差和位姿失调参数、编码器角度以及经纬仪示值之间关系的数学模型,通过对失调参数的解算可对编码器角度系统误差进行修正。实验结果表明,在角度范围为0°~40°时,由位姿失调所引入的角度误差随编码器角度的增大单调递增,误差最大值为742.9″;经过修正后的角度误差和编码器位姿无失调时的角度误差基本相当,误差最大值分别为4.4″和3.5″。此方法可有效测试无法精确调整或不具备调平条件的转角受限的编码器角度误差。
测量 角度误差 位姿失调 数学模型
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
为了解决单台经纬仪室内姿态测试问题,在平行光管焦平面位置处放置刻有不同倾斜角线条的目标板,用以模拟无穷远目标的姿态。建立了目标板各象限线条中轴线上的点坐标与全站仪测试角度之间关系的数学模型,设计了测试用目标板,用全站仪对目标板各线条中轴线上的点进行了采样测试,通过数学模型解算出了线条中轴线的倾斜角。实验结果表明,1 #与2#线条中轴线夹角模拟误差为0.160°,1#与3#线条中轴线夹角模拟误差为0.046°,可以满足单站图像中轴线斜率提取误差最大值为0.6°的要求。
测量 平行光管 姿态 倾斜角 模拟误差
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 西安工业大学 光电工程学院, 陕西 西安 710021
光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行会降低转角误差测试结果的置信度, 为了减小光电轴角编码器转角测试误差, 将由光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行引入的转角测试误差控制在光电轴角编码器转角误差的1/3~1/5以内, 建立了由光电轴角编码器轴线和棱体轴线平行度引入的转角测试误差数学模型及Y向偏置数学模型。由仿真结果可知, 光电轴角编码器转角测试误差和Y向偏置随转角的增大呈现周期性变化, 周期分别为π和2π, 棱体轴线倾斜方向相同时, 两轴线夹角越大, 转角测试误差峰值和Y向偏置峰值越大, 两轴线夹角相同时, 棱体轴线倾斜方向大小只会改变转角测试误差曲线和Y向偏置曲线相位, 不会改变曲线形状。根据多面棱体-自准直仪法对建立的数学模型进行了实验验证。实验结果表明: 测试结果与数学模型具很好的自洽性。在实际测试中, 对转角误差进行预先测试, 绘制偏置曲线并对曲线进行最小二乘法拟合, 求取平行度与倾斜方向, 根据倾斜方向调整两轴线平行度大小, 直到误差峰值满足测试要求。
平行度 倾斜方向 测试误差 误差 parallelism tilt direction test error error 红外与激光工程
2018, 47(2): 0217001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所检测技术服务所级中心, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为准确评价跟踪成像平台对图像调制传递函数的影响,提供确定平台技术指标的理论依据,建立了利用图像运动函数直接计算运动光学传递函数的解析及数值计算模型,并给出了有限项的截断误差,取7阶近似时,截断误差小于10%。利用所建模型给出了低频正弦运动和高频正弦运动光学传递函数的解析式。对某跟踪成像平台的跟踪角速度误差进行了频谱分析,主要分量由多个低频正弦振动分量组成;在曝光时间的尺度上,跟踪角速度误差引起的图像运动可近似为匀速直线运动。利用统计矩法计算的调制传递函数,与利用跟踪角速度误差的均方根值计算的调制传递函数相当,200 mrad
-1频率下计算结果偏差小于0.01,因此,跟踪角速度误差均方根值是表征跟踪成像平台的跟踪稳定度的合理参数。
成像系统 图像运动 统计矩 光学传递函数 稳定平台 跟踪稳定度 光学学报
2017, 37(12): 1211002
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高小范围回转轴系测角误差的测量精度, 用自准直经纬仪测量测角误差的原理和方法, 对影响测量结果的误差源进行了分析, 仿真结果表明被测轴系轴线倾斜角度是最主要的误差源.基于误差模型提出了利用最小二乘估计辨识失调参数进而分离引入误差的方法, 以实现测角误差的高精度测量.以精度为2″的单轴位置转台为受检对象进行实验验证, 相比常规方法的测试结果－309.1″~428.6″, 本文方法的测试结果为－0.89″~1.01″和－1.01″~0.93″, 测试误差为0.70″和0.78″, 消除了设备失调引入的测试误差.该方法具有设备简单、操作便捷, 可实现小范围回转轴系测角误差的高精度测试, 解决小范围回转轴系工程测试难题.
测量 角度测量 最小平方逼近 小范围回转轴系 测试方法 坐标变换 误差模型 Measurement Angle measurement Least squares approximations Limited rotation axis system Testing method Coodinate transformation Error model 光子学报
2017, 46(11): 1112005
1 中国科学院 安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高圆分度仪器分度误差的测量精度, 介绍了用多面棱体自准直仪测量分度误差的原理和方法, 对影响测量结果的误差源进行了分析。根据测量原理建立了多面棱体和自准直仪坐标系, 利用坐标变换分别建立了多面棱体工作面与受检仪器轴线的平行差、自准直仪光轴与多面棱体工作面不垂直度误差、自准直仪电十字竖线与受检仪器轴线的平行差对分度误差影响的精确模型。在实验室内, 以单轴位置转台的定位精度为测试对象, 设计了以上三种位姿失调误差模型的验证实验, 实验结果与理论模型仿真结果具有很好的一致性, 三种位姿失调引入的误差实测值与理论值的最大偏差小于0.9″, 验证了位姿失调量引入测量误差模型的正确性, 该模型及仿真结果可以准确指导圆分度误差测试。
角度测量 误差分析 坐标变换 分度误差 多面棱体 自准直仪 angular surveying error analysis coodinate transformation dividing error angular polygon autocollimator
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
为了提高转镜式高速摄影机测量弹丸运动轨迹的精度，本文通过合理假设和理论推导，依据弹丸外弹道飞行运动模型得到了弹丸飞行过程的数学模型。结合室内检测条件，设计了用于转镜式高速摄影机角跟踪精度的检测装置并分析了测试原理。用该设备实测了转镜式高速摄影机的角跟踪精度，并对检测装置的测量不确定度来源进行了分析。结果显示：被测转镜式高速摄影机的角跟踪精度为（0.34±0.06）°，检测装置的相对不确定度为3.0″；不确定度来源主要为角度测量不确定度和焦距测量不确定度。实验结果表明，设计的检测装置具有较高的准确度和可靠性。
角跟踪精度检测 转镜式高速摄影 测量不确定度 弹丸飞行 angular tracing precision detection high speed rotating mirror photography measurement uncertainty projectile flight 光学 精密工程
2015, 23(12): 3303
