华中光电技术研究所 — 武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
为了满足非完整周旋转轴系倾角回转误差测试分析需求, 在数学建模轨迹分析基础上研究了一种新的轴系倾角回转误差测试分析方法。首先, 采用四元数方法对测试中平面镜和准直仪安装误差数学建模, 证明了两者安装误差引起待测轴转动过程中准直仪靶面光十字丝轨迹为椭圆, 当误差为小量时轨迹退化为圆心不在原点的圆。然后, 基于最小二乘原理建立了轨迹圆参数圆心和半径拟合方法, 在测试数据中去除平面镜和准直仪安装误差的影响。最后, 分别开展了仿真分析与实验测试对方法的有效性和可靠性进行了验证。结果表明：轨迹参数法在非完整周旋转轴系倾角回转误差测试中具有独特优势, 可以作为传统傅里叶级数法有益补充, 且该方法无需精调平面镜, 在一定程度上提高了测试分析效率。
倾角回转误差 安装误差 四元数 最小二乘 傅里叶级数 rotation error installation errors quaternion least square Fourier series
1 火箭军工程大学 导弹工程学院，陕西 西安 710025
2 空军研究院，北京 100085
星敏感器安装误差是制约SINS/CNS导航精度的主要因素之一，有必要在使用前对其进行标定，特别是小视场星敏感器无法根据单幅星图得到姿态信息。文中提出了一种SINS/CNS组合导航系统的快速高精度标定方法，利用惯导输出的姿态、速度以及星敏感器测量的矢量信息构造量测，建立卡尔曼滤波模型，实现安装误差和惯性器件常值误差的地面标定。通过全局可观测性分析，详细给出了系统在不同的姿态和观测星点的情况下的可观测性并进行了验证。仿真结果证明：至少需要进行两个轴向的转动、三次观星且需避免将星点位于星敏测量原点，才能高精度估计出星敏感器三轴安装误差，而对于大视场星敏感器来说部分惯组姿态不利于提高系统可观测度，该方法对姿态和星敏感器安装误差的估计精度均在0.5″内，陀螺和加速度计的常值误差分别小于0.000 7 (°)/h和
$0.3\;{\text{μg}}$![]()
![]()
，无需精密的外部设备和人工参考即可实现高精度标定，对SINS/CNS组合导航系统的观星方案设计有一定意义。
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210641
1 北京控制工程研究所，北京0090
2 空间光电测量与感知实验室，北京100190
为减小杂光影响，全天时星光定向仪一般采用小视场，同一时刻只能观测一颗恒星无法输出姿态信息。本文提出一种基于单星测量的星光惯性组合导航系统，首先根据惯导输出的姿态和位置信息，控制转台和星光定向仪摆镜保证星光定向仪对目标导航星的观测，之后根据惯导的误差模型建立系统状态方程，根据星光定向仪测量的导航星方向矢量建立测量方程，利用卡尔曼滤波算法修正惯导输出的姿态位置信息。该方法引入星光定向仪与惯导安装误差作为系统状态量，在修正导航信息的同时对星光定向仪与惯导之间的安装误差进行估计，因此无需在实验室进行标定。通过仿真分析了不同安装姿态误差及不同惯导和星光定向仪误差对组合导航系统导航精度的影响。结果显示采用该方法导航1 h，位置精度优于90 m，姿态精度优于8″，相比利用实验室标定的安装姿态进行导航，该方法的精度更高。最后进行了静态导航实验，结果显示组合导航的位置误差为102.90 m，相比直接采用实验室标定的安装姿态进行解算结果提高近45.39%，验证了该算法的有效性。
星光惯性组合导航 安装误差估计 误差分析 卡尔曼滤波 starlight-inertial integrated navigation installation attitude error error analysis Kalman filtering 红外与激光工程
2021, 50(5): 20200316
1 航天科技集团 九院16所, 陕西 西安 710100
2 火箭军装备部 驻西安地区第三军事代表室, 陕西 西安 710100
针对激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准问题, 分析了影响初始对准精度的惯性器件误差参数, 理论推导了陀螺安装误差对对准精度及加速度计零位估计的影响, 并进行了仿真分析。仿真结果表明, 陀螺安装误差直接带入失准角估计误差, 并会引起等效加速度计零位估计误差, 可通过标定陀螺安装误差提高对准精度。
捷联惯导系统(SINS) 多位置对准 单轴旋转 卡尔曼滤波 失准角 安装误差 strapdown inertial navigation system(SINS) multi-position alignment single-axial rotation Kalman filter misalignment angle installation error
1 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆400060
2 四川交通职业技术学院, 四川 成都611130
3 中电科技集团重庆声光电有限公司, 重庆401332
针对水平传感器存在较大方位安装误差角会导致调平时间延长的问题, 该文简述了四点调平策略和动态水平传感器工作原理, 建立了坐标矩阵、矩阵转换关系式, 讨论了动态水平传感器的方位安装误差对调平系统的影响。试验结果表明, 通过测试仪器使动态水平传感器的轴系与安装基座轴系平行的方法, 可减小方位安装误差角, 提高系统性能。
动态水平传感器 调平系统 安装误差 dynamic horizontal sensor leveling system installation error
重庆交通大学 机电与车辆工程学院, 重庆 400074
为提高嵌入式时栅传感器测量精度, 对不同安装模态下测量精度进行了表征。从嵌入式时栅传感器传感机理出发, 分析了安装气隙变化、径向安装偏差和轴向安装偏差对传感器测量精度的影响规律, 建立了不同安装模态的误差模型。对传感器不同安装模态进行了模拟仿真与实验验证。仿真与实验结果表明: 不同安装模态均会影响传感器测量精度, 其中径向安装对传感器测量误差影响最大, 气隙间距变化对传感器测量误差影响其次, 轴向安装对传感器测量误差影响最小; 三种安装模态对测量误差的影响均体现在对一次和二次误差的影响上; 在气隙间距为0.2 mm无径向与轴向安装偏差时嵌入式时栅测量误差峰峰值为100.8″。本研究对指导嵌入式时栅传感器安装, 降低安装误差, 提升测量精度具有重要的理论与现实意义。
嵌入式时栅传感器 安装模态 安装误差 测量精度 embedded time grating sensor mounting modes lnstallation error measuring precision 光学 精密工程
2020, 28(10): 2290
1 上海理工大学 机械工程学院, 上海 200093
2 上海市计量测试技术研究院, 上海 201203
三点测量圆度误差分离技术被广泛应用于工件形状的圆度误差和电机旋转的回转误差的分离算法中。而圆度误差能得以准确分离的关键在于合理配置三个位移传感器测头的安装角度, 从而避免传递函数的分母为零的情况出现。然而, 在具体实施过程中, 位移传感器测头的角度安装误差是必然存在的, 这就使得分析这一角度安装误差带来的影响变得尤为重要。基于经典的三点测量法模型, 提出一种新的分析位移传感器测头的角度安装误差的模型。以三点测量法圆度测量中的圆径结果为目标, 根据实际工况下的各种参数设置, 定量分析了位移传感器测头的角度安装误差对最终结果的影响程度。最后, 使用电容位移传感器开展工件外圆的圆径测量实验研究, 确认了文中误差分析的有效性, 圆径测量的重复性精度可以达到2 滋m以下。
三点测量法 圆径 角度安装误差 位移传感器 three-point method diameter angle setting error displacement sensor 红外与激光工程
2019, 48(5): 0517008
1 大连理工大学 精密特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116023
2 大连理工大学 微纳米技术及系统辽宁省重点实验室, 辽宁 大连 116023
3 辽宁省计量科学研究院, 辽宁 沈阳 110004
在齿轮螺旋线的实际测量过程中, 不同轮齿的螺旋线倾斜偏差经常会出现较大差异。为提高齿轮螺旋线偏差的测量精度, 分别研究了芯轴和齿轮安装误差对齿轮螺旋线偏差的影响规律。首先分别建立了芯轴安装偏心和倾斜误差及齿轮安装偏心和偏摆误差对齿轮螺旋线形状偏差和倾斜偏差影响的数学模型, 然后制作了平垫圈(1#、4#)和楔角误差分别5.5 μm/45 mm(2#)和11.9 μm/45 mm (3#)的楔形垫圈, 用于进行齿轮螺旋线偏差的精密测试实验。得到如下结果: 采用2#楔形垫圈时, 螺旋线倾斜偏差fHβ的最大值与理论模型相差0.17 μm, 相对误差为7%; 采用3#楔形垫圈时, 螺旋线倾斜偏差fHβ的最大值与理论模型相差0.06 μm, 相对误差为1%; 而两次试验中齿轮螺旋线的形状偏差ffβ基本不变。实验结果表明: 齿轮安装偏摆误差对螺旋线偏差的实测结果与理论值基本吻合, 从而验证了所建数学模型的准确性。依据本文所建螺旋线的数学模型, 得到通过调整齿轮安装偏摆误差补偿各齿轮螺旋线倾斜偏差差异的误差补偿方法。本文研究对于研制高精度标准齿轮具有重要研究意义。
标准齿轮 螺旋线偏差 安装误差 精密测量 gear artifact helix deviation installation error precision measurement
1 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室, 湖南 湘潭 411201
2 湘电集团太阳能事业部, 湖南 湘潭 411101
为了实现聚光器镜面单元安装误差的快速校准, 设计了一种螺纹副与球铰副组合的镜面单元支撑-调节结构, 该结构可以实现调节量的准确控制。提出了镜面单元位姿(轴线矢量和顶点位置)的快速测量方法和轴线矢量位姿误差的定量校准方法。首先, 应用摄影测量方法确定镜面单元表面的3个特征点(构成三角形)坐标, 建立镜面单元位姿、球铰中心与特征点坐标三者关联的数学模型, 实现镜面单元位姿的快速测量。然后, 结合镜面单元的调焦过程, 提出“三转一移”刚体运动(3次绕轴旋转和1次平移)来等效镜面位姿误差, 建立镜面单元位姿与螺栓调节量的关联模型, 实现镜面单元轴线矢量误差的定量校准。通过SolidWorks软件建立的虚拟调焦实验和室内的金属平板位姿调节实验, 验证了本设计的镜面单元支撑-调节结构的便捷性, 以及轴线矢量定量校准方法的有效性。提出的镜面单元校准方法不受反射镜几何形状的限制, 具有广泛的适用性。
光学设计 太阳能 聚光器 安装误差 校准方法 镜面支撑结构 摄影测量方法
