滚转摆动式导引头采用滚转摆动两轴极坐标控制形式，外框为滚动框，内框为摆动框，视场可覆盖整个前半球，具有结构简单、重量轻、体积小、成本低等特点，因此非常适用于近程红外防空导弹。本文讨论了滚摆式导引头与偏仰式导引头视线角速率存在的差异，阐述了滚摆式导引头视线角速度存在 x轴分量的原因。并给出了半捷联式滚摆导引头角速率的获取方式，推导了其简化形式，分析了简化公式使用的条件。仿真结果表明，该简化公式具有较好的近似精度，具有一定的工程应用前景。
滚摆式导引头 偏仰式导引头 视线角速率 roll-pitch seeker, pitch-yaw seeker, line of sight
莆田学院新能源装备检测福建省高校重点实验室, 福建 莆田 351100
针对多四旋翼飞行器在群间实时信息交互距离有限和输入控制器受有界约束情况下的群集控制问题, 在位置子系统中提出了有界控制函数结合改进的饱和函数来设计有界总推力控制器, 自主调节飞行器群的位置和速度, 实现速度一致性以及理想的避撞性、汇聚性运动状态, 在旋转子系统中通过有界转化项并结合改进的嵌套饱和函数来设计有界广义力矩控制器, 对飞行器姿态进行自主调整, 实现偏航角一致性运动目标。最后, 仿真结果进一步表明所设计控制器的有效性。
群集控制 四旋翼飞行器 有界控制器 偏航角一致性 flocking control quadrotor aerial vehicle bounded controller yaw angle consensus
1 合肥师范学院 物理与材料工程学院， 安徽 合肥 230601
2 中国科学技术大学 地球和空间科学学院， 安徽 合肥 230031
为实现风力发电机迎风信息的精确测量，采用连续波相干探测技术，设计了针对风力发电机偏航控制需求的激光测风系统。该系统的扫描装置中由直驱电机带动15°顶角楔形镜旋转实现激光对大气的圆锥扫描，设置扫描一圈用时为15 s，每圈采样点数为30个，利用正弦拟合方法反演风力发电机前方的风场信息。将激光测风系统安装在深圳市气象观测梯度塔下，与塔上超声波风速仪进行了对比测风试验。经过数据分析，水平风速相关系数达0.98，标准差为0.22 m/s，风向相关系数达0.97，标准差为3.04°，表明所设计的激光测风系统性能优良，工作稳定可靠，能够为风力发电机提供精确风场参数，提高风能的利用效率。
测风 风力发电机 相干探测 偏航控制 wind measurement wind turbine coherence detection yaw control 红外与激光工程
2020, 49(8): 20200228
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对运动物体空间多维位姿检测过程繁琐、设备笨重及昂贵等问题, 提出了一种可以完成运动体4个参数同时测量的光学非接触测量方法。该系统由旋转抛物面与平面构成的组合面型基准件和光学测头两部分组成。基于平面镜反射原理和组合面型基准件的面型特征, 分别建立了运动轴的俯仰角、偏摆角和二维位移的角度测量模型, 并完成了系统的精度评价与重复性实验。实验结果表明: 该系统的测角精度为1.5″, 位移精度为1 μm, 为机床误差辨识打下了基础。
组合面型 俯仰角 偏摆角 二维位移 combined surface pitch angle yaw angle two-dimensional displacement 红外与激光工程
2018, 47(7): 0717001
1 中国电子科技集团公司 第二十七研究所,河南 郑州,450047
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所,陕西 西安,710068
射弹偏航角是影响电磁轨道发射装置发射精度的关键参数,为实时、高精度测量射弹偏航角,提升电磁轨道发射装置发射精度,基于双目视觉原理提出一种无需目标速度的射弹偏航角测算方法。利用高速射弹轨迹图像,通过构建像机线性成像模型解算高速射弹图像坐标,实现目标偏航角的测量。分析了光学系统参数对测量精度的影响,理论误差约为14.5 μrad。偏航角测量实验结果表明该方法能够实时、准确测算射弹偏航角,测算量偏差平均值为0.58 mrad。
电磁轨道 高速小目标 偏航角 双目视觉 光学系统误差 electromagnetic rail launch high speed small target yaw angle binocular vision optical system error
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
基于二维自准直仪和坐标系旋转变换矩阵, 提出一种高精度、高稳定性三维姿态角(偏摆角、俯仰角和滚转角)测量方法, 并设计了一种三维测角装置。介绍了该装置的工作原理和结构组成。建立了三维测角模型, 根据自准直测角原理和坐标旋转矩阵推导了理论算法。基于测量要求设计了光学系统, 采用现场可编程门阵列(FPGA)单芯片实现了实时双CMOS图像传感器的驱动成像、像点识别与细分定位、三维转角计算及与USB的快速通信。提出了三维测角装置的标定方法, 保证了实际设备参数与理论设计数据的统一。最后对提出的滚转角测量算法进行了实验验证, 并分析了影响测角精度的因素及其影响程度。标定和试验结果表明: 在±20′的视场范围内, 三维测角装置的偏摆角、俯仰角和滚转角的测量精度分别达到了2.2″, 2.5″和8.7″。该结果验证了设计的装置结构简单、稳定可靠、精度高, 且易工程实现三维姿态角的测量。
三维姿态角测量 角度测量装置 二维自准直仪 滚转角 俯仰角 偏摆角 标定 three-dimensional attitude angle measurement angle measuring device two-axis autocollimator roll angle pitch angle yaw angle calibration
1 中北大学 电子测试技术重点实验室
2 信息与通信工程学院，太原 030051
3 中北大学 电子测试技术重点实验室, 太原 030051
针对偏振光导航航向获取需求，提出一种以全天域大气偏振模式作为信息来源实现载体航向解算的新方法。该方法利用“沿着太阳子午线方向的E 矢量垂直于太阳子午线”这一偏振特性实现太阳子午线特征点提取，采用最小二乘法确定太阳子午线在载体坐标系下的方位角；并利用“太阳子午线附近的偏振度小于逆太阳子午线附近的偏振度”的特性，解决航向获取角度歧义性的问题；结合太阳在地理坐标系下的方位计算航向信息。实验表明，在设定的全天域偏振信息采样方式下，该方法在不同时刻、不同航向、不同采样点数下的航向获取精度为0.05°内；在偏振角测量误差8°以内，平均误差仍在0.2°内；证明了该方法解算精度高，适应性好，可以有效解算航向信息。
大气偏振模式 航向角 最小二乘法 导航 太阳子午线 atmosphere polarization pattern yaw nonlinear least square method navigation solar meridian
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
衍射波前质量是刻划光栅的重要性能指标之一，对于机械刻划光栅，刻划机的刻线定位精度直接影响光栅的波前质量。建立了刻划机固有存在的刻线位置和转角误差与光栅衍射波前误差间的数学关系，分析了各误差对衍射波前质量的影响。针对该误差设计了一种基于双频激光干涉测量的刻划机刻线位置和转角误差测量的光路，并提出了一种主动控制技术，即采用单压触动器校正刻线位置和转角误差的方法。根据该校正方法设计了刻划机的双层光栅承载工作台结构，并进行了尺寸为80 mm×60 mm、刻线密度为194 line/mm 的光栅刻划实验。实验结果表明，刻划光栅的衍射波前误差由0.23λ 降低至0.093λ (λ = 632.8 nm) ，并且原子力显微镜测试光栅刻槽质量符合理论设计要求。
光栅 刻划光栅 光栅波前 刻线位置误差 转角误差 压电驱动器
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响，本文根据光栅机械刻划过程的特点，提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移，实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先，推导出了微定位工作台位移实时修正公式。接着，采用三路干涉仪实现了微定位工作台摆角测量及其主要成分分析。最后，进行了光栅刻线摆角放大和校正实验。结果显示，摆角放大和摆角校正实验已基本达到了预期的效果，对光栅宽度为10.4 mm且刻线密度为600 line/mm的光栅进行修正后,光栅刻线摆角比校正前降低了64%以上。这些结果表明：采用单压电执行器方法对光栅刻线摆角进行实时修正可有效降低光栅刻线摆角，提高光栅质量；该方法可应用于大面积机械刻划光栅刻线摆角的修正。
平面光栅 光栅刻线 摆角修正 衍射波前 压电执行器 plane grating grating line yaw-angle correction diffraction wavefront piezoelectric actuator
