1 海军工程大学 兵器工程学院,湖北 武汉 430000
2 中国人民解放军 92038部队,山东 青岛 266000
针对无人机载光电吊舱总体设计过程中高效便捷地分配各测量模块的误差,以便确定最优器材选型方案的需求,提出了一种基于单纯形策略的改进麻雀算法,从多目标优化角度对小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题进行研究。首先根据小微型无人机载光电吊舱的特点建立坐标系,利用空间齐次坐标变换法推导目标定位及观瞄角测量模型;然后分析误差主要来源,建立观瞄角误差模型,基于蒙特卡洛模拟法进行误差分析;最后以观瞄角误差模型为基础,采用平均分配法、加权分配法以及改进麻雀算法进行误差分配,并对分配结果进行对比分析。仿真实验结果表明,载机偏航角误差和振动偏航角误差对观瞄角总误差影响最大,误差传递效率近似为100%,载机横滚角误差和振动横滚角误差对观瞄角总误差影响最小,误差传递效率仅约34%;改进麻雀算法的误差分配余量能够达到 $ 1{0}^{-8} $量级,与传统误差分配方法相比显著提高了分配效率,验证了基于单纯形策略的改进麻雀算法解决小微型无人机载光电吊舱观瞄角误差分配问题的有效性。
机载光电吊舱 观瞄角 误差分配 蒙特卡洛 麻雀算法 airborne electro-optical pod viewing angle error distribution Monte Carlo method sparrow algorithm 红外与激光工程
2023, 52(11): 20230238
海装驻上海地区第二军事代表室, 上海 200129
目标指示精度作为光电跟踪设备的核心指标之一, 是设备设计、制造和调试阶段重点关注的内容。安装于舰船等运动载体上的光电跟踪载荷, 常常会增加稳定平台以控制光电跟踪设备的光轴和图像稳定。以一种带稳定平台的光电跟踪设备为例, 建立了基于运动学的目标指向误差模型, 并基于该模型对各几何误差进行了详细的分配。通过分配结果可知想要获得要求的0.5 mrad的目标指向精度, 稳定平台及设备自身的轴线的平行度误差和测角误差的统计值应在7~12″的量级, 该误差范围要求设备必须使用高精度测角元件及良好的装配工艺, 并且在设备安装到载体上时使用标定方式进行误差补偿才可能达到。该研究方法及结论可用于指导类似产品的分析、装调和标校等工作。
稳定平台 光电跟踪 误差模型 误差分配 指向误差 stable platform photoelectric tracking error model error distribution pointing error
1 四川大学电子信息学院光电系, 四川 成都 610065
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
车载抬头系统是未来车载仪表显示发展的必然趋势。针对在抬头显示系统自由曲面反射镜测量过程中不同区域特征相似、不易提取特征点,以及优化时易陷入局部最小值的问题,提出了一种高精度的三维点云与抬头显示反射镜面形模型匹配的方法,实现了高稳定性、高精度配准和误差评价。首先测量数据和模型数据转换成点云文件,经过三维旋转,使点云的法向量平行于Z轴;然后向不会造成重叠与遮挡的XOY平面投影;投影后,在二维平面内提取边缘,并提取边缘轮廓点,通过确定对应轮廓点计算旋转角度,在三维空间对点云数据旋转后,完成粗匹配,最后采用全局点云最小化目标函数完成精确匹配。该算法利用自由曲面反射镜的不规则边缘特征进行匹配,避免提取局部特征点,并且优化过程中不会陷入局部最小值,能够精确计算被测件的面形误差。
机器视觉 点云配准 自由曲面反射镜 边缘特征 误差分布 machine vision point cloud registration free-form surface mirror edge characteristic error distribution
中国人民解放军海军装备部驻武汉地区军事代表局驻武汉地区第七军事代表室, 湖北 武汉 430223
目前激光测距技术仍处于需要进入跟踪状态才能获取距离信息的阶段,开展了动态扫描状态下激光测距技术可行性的研究。通过在警戒光路中加入反扫机构,并建立光路运动学模型,分析了警戒扫描状态下动态测距光路的误差,并对误差指标进行了分配。找到了反扫光路中对误差要求最严格的环节,为警戒扫描过程中的激光测距装置开发提供了技术基础与理论支撑。
激光测距 动态扫描 误差模型 误差分配 反扫镜 laser ranging dynamic scanning error model error distribution reverse scan mirror
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 10049
航空摆扫成像时, 曝光时间内像点的移动是影响成像质量的重要因素。为了研究三面镜各项误差对像移量的影响, 利用齐次坐标变换法建立了像点位移计算模型, 准确地引入了摆扫镜轴系误差等常见误差项。在此基础上, 分析了三面镜加工装调误差对像点位移量的影响, 并比较了像点位移量对各误差项变化的灵敏度。接着, 根据系统调制传递函数的指标对像点位移量的范围进行了限定, 确定了高图像质量允许的像点位移量。最后, 对分配后的三面镜误差进行了蒙特卡罗法仿真。仿真结果表明, 像点位移量在10-5 m量级, 像移的MTF因子为0.97, 满足指标要求。该结论对摆扫相机的结构设计与加工装调有重要的参考价值。
航空遥感 像点位移 三面摆镜 误差分配 调制传递函数 蒙特卡洛仿真 airborne remote sensing image motion swing mirror with three reflectors error distribution Modulation Transfer Function (MTF) Monte Carlo simulation 光学 精密工程
2019, 27(10): 2071
陆军工程大学(石家庄校区) 光学工程教研室, 石家庄 050003
无人机激光充电相比于太阳光充电, 能够提高充电能量功率及改善持续充电性能。自动跟踪瞄准精度是无人机激光充电的关键指标。结合激光充电系统的工作原理及组成部件, 分析了无人机激光充电跟踪瞄准精度。通过建立无人机激光充电跟踪瞄准模型, 分析了对跟踪瞄准精度产生影响的各项误差因素, 以及各单项误差变化分别对方位角和天顶角瞄准综合误差的影响。在此基础上进行合理的误差分配, 通过误差综合计算得出激光充电跟踪瞄准的方位角和天顶角综合误差。通过对系统瞄准精度的分析, 为后续标定提供了理论参考依据。
激光充电 跟踪瞄准 误差因素 误差分配 误差综合 laser charging tracking aiming error factors error distribution comprehensive error
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所超精密光学工程研究中心, 吉林 长春 130033
根据高精密光学系统的需求,结合目前的研究成果,基于干涉测量法研制了长曲率半径测量系统。分析了影响长曲率半径测量系统测量精度的多种误差因素,根据误差理论和系统组成建立了长曲率半径测量系统误差分配的数学模型和误差分配树。结合系统的整体使用需求,对系统测量精度的目标不确定度进行了分配和合成。结果表明,根据分配结果得到的标准不确定度为2.49 μm,小于系统要求的目标不确定度2.5 μm。以此分配结果作为各子系统结构设计的输入指标,总结并提出了提高曲率半径测量精度的措施,根据误差分配结果设计了符合使用需求的长曲率半径测量系统。
测量 长曲率半径 精度设计 误差分配 不确定度合成 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061205
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所空间机器人系统创新研究室, 吉林 长春 130033
设计了一种用于大型光学载荷次镜在轨位姿精密调整的Hexapod型平台机构, 并对其进行构型参数优化以及各支撑杆和上下铰点误差限的最优分配。建立了Hexapod平台机构运动学模型和静柔度模型, 分析了主要结构参数对机构性能的影响。按照次镜精调机构性能要求, 提出了定位精度指标和抗变形指标, 建立了以构型参数为变量的优化目标函数, 并利用遗传算法对两个单目标函数进行优化。利用加权分配法构造统一约束目标函数, 利用遗传算法对其进行多目标优化。然后, 建立非线性最优误差分配模型, 对各支撑杆和上下铰点进行误差分配。最后, 通过对原理样机性能指标的测试验证了上述研究方法的效果。研究结果表明: 优化前后动平台定位精度提高了8.3%, 抗变形能力提高了62.5%, 铰点误差限由2.7 μm提高到6.3 μm, 支撑杆误差限由1.3 μm提高到3.2 μm。另外, 实验测得Z轴相对定位精度为0.6%, 静刚度达到41.14 N/μm。本研究提高了次镜精调机构的定位精度和静载抗变形能力, 有助于缩短设计、加工周期, 节约设计、加工成本。
空间相机 光学载荷 次镜精调机构 定位精度 抗变形 多目标优化 误差分配 space camera optical payload secondary mirror adjusting mechanism positioning accuracy anti-deformation multi-objective optimization error distribution