在相位光栅位置测量系统中,加工、后处理等工艺会导致光栅结构发生非对称性变形,增加了位置测量误差。因此,建立了非对称性光栅的衍射场理论模型,分析了光栅非对称性对位置测量精度的影响,并根据不同衍射级次对非对称性敏感度的差异提出了一种多衍射级次权重优化方法,以修正光栅非对称性变形引入的测量误差。实验结果表明,当光栅中心槽深为入射波长的1/4时,顶部倾斜非对称性和底部倾斜非对称性对测量精度的影响可以忽略;当占空比为0.5时,侧壁非对称性对测量精度的影响可以忽略。非对称性引入的位置误差,经多衍射级次权重优化法修正后可控制在0.05 nm以内。

为了提高相位光栅位置测量系统的测量精度,需要降低零级和偶衍射级次信号的衍射效率,同时提高高奇衍射级次信号的衍射效率。目前,已知的增强型相位光栅衍射效率模型限制了结构参数取值范围,在设计时以某一高奇衍射级次信号作为优化目标。为设计针对多个高奇衍射级次信号的衍射增强、零级和偶衍射级次缺级的相位光栅结构,对增强型相位光栅衍射效率进行了深入研究。该研究基于标量衍射理论,建立相位光栅结构与衍射效率理论模型;分析光栅结构参数如槽深、栅脊宽度、栅脊位置对衍射效率的影响;根据相位光栅位置测量系统的约束条件,获得多奇衍射级次增强型光栅结构。这种结构不仅使零级和偶衍射级次缺级,而且同时提高了第5、7、9衍射级次的衍射效率。本研究有利于深入理解增强型相位光栅衍射原理,为光栅设计提供支撑。

室内空间测量定位系统 (wMPS)是一种采用光平面交会的分布式大尺寸室内空间坐标测量系统, 在众多影响其测量定位精度的因素中, 发射站的网络布局直接影响着系统测量精度和使用效能。为优化系统的网络布局, 本文从该系统的测量方程入手, 提出了测量矩阵的条件数是衡量多平面交会优劣的量化指标, 并建立数学模型, 以此为优化目标, 采用遗传算法作为优化工具, 实现了指定测量空间下最优网络布局。最后设计了实验进行验证, 实验结果表明该方法能有效提高测量精度。