逆合成孔径激光雷达(ISAL)成像运动补偿中,包络对齐的精度直接影响了相位误差估计精度。当目标速度和加速度较大时,距离包络严重倾斜且相位误差较大,图像无法进行良好聚焦。针对上述问题,在高精度成像模型的基础上提出了一种基于Nelder-Mead单纯形法和粒子群优化的全局联合运动误差补偿算法。首先,利用单纯形法估计目标速度,完成包络对齐。然后,将包络对齐过程获得的目标速度作为相位误差估计中参数初始化的约束条件。最后,用粒子群优化算法对各运动参数进行全局搜索并得到最优解,实现高精度运动参数估计及高阶相位误差补偿,得到聚焦良好的二维图像。实验结果表明,本算法的参数估计误差主要分布在±0.2%以内,参数估计精度和抗噪声性能均优于传统ISAL成像算法。

逆合成孔径激光雷达(ISAL)的调制信号具有高频率、大带宽的特性,使传统逆合成孔径雷达的“一步一停”模型不再适用。通过建立精确的ISAL成像模型,分析了ISAL成像过程中存在的平动误差、转动误差和模型误差。针对传统ISAL采用平动、转动分离补偿时,由于平动误差补偿存在残余误差而影响转动误差补偿的问题,因此提出基于Nelder-Mead单纯形法和拟牛顿法的联合补偿成像算法。该算法首先采用Nelder-Mead单纯形法对目标运动参数进行优化迭代搜索,将得到的优化解作为运动补偿项对三类误差进行全局补偿,然后利用拟牛顿法补偿残余误差。仿真实验结果表明,与传统分离补偿算法相比,本文算法可以精确估计目标的运动参数,获得聚焦良好的高分辨率ISAL二维图像。

从圆柱度误差的测量要求和圆柱度误差评定搜索算法两个方面研究了提高测量精度的方法。为了减小圆柱度误差测量中的工件倾斜误差, 设计并分析了两点垂直布局的调平方法; 根据工件轴线的方向余弦, 计算得到了两点调整的高度值, 克服了手动调整存在的问题, 实现了工件快速精确调平并提高了工件圆柱度的测量精度。由于圆柱度误差评定是对满足最小条件的圆柱轴线的搜索, 文中针对Nelder-Mead单纯形法的收敛精度依赖于初始解和收敛速度较慢, 提出了拟牛顿法和Nelder-Mead单纯形法相结合的联合算法来实现全局最优解的快速准确搜索。对经典测试函数的Matlab仿真及实际测量数据的应用表明, 该联合算法能有效地提高收敛速度和收敛精度, 其收敛速度提高了50%, 收敛精度提高了1倍, 从而提高了工件圆柱度误差的测量精度。

研究了Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准技术。 结合单色仪的结构参数和特点， 提出以符合光栅方程的正弦曲线作为仪器出射波长的校准方程， 基于最小二乘法原理给出校准方程的拟合残差表达式， 由于校准方程的非线性， 应用二维Nelder-Mead单纯形法求解拟合残差的待定系数， 建立了波长与光栅转角的精确表达式， 并通过实验验证了该算法的准确性。 结果表明， 经过校准的单色仪波长定位精度小于0.1 nm， 比设计要求提高一个数量级。 该方法在Czerny-Turner正交型光栅单色仪的波长校准过程中， 应用简单， 容易实现， 只需稍加修改步进电机的控制程序， 即可完成对仪器出射波长的快速实时校准， 实用性强。