旋变幅值误差和正交误差在角速度频谱上表现为旋变转频的二次谐波，是旋变测角误差的主要来源，影响伺服系统角速度控制精度和稳定度。本文提出了一种基于特征频率参考的二次谐波误差自校正方法。首先，分析旋变测角误差产生的机理，获知其幅值误差和正交误差的互不相关性，并证明对旋变输出信号进行幅值调整和相位差调整可实现二次谐波误差校正。然后，在旋变和旋变数字信号转换器（Resolver-to-Digital Converter，RDC）之间设计基于比例放大的幅值校正器和基于交叉调节的相角校正器。最后，根据误差信号在线性控制系统中特征频率不变的特性，对伺服系统进行匀速控制，以角速度频谱中二次谐波频率的幅值为参考基准，分别调整幅值校正器和相角校正器，校正二次谐波误差。实验结果表明：本方法可将旋变二次谐波测角误差幅值降低78.5%，伺服系统速率波动量降低40.5%。本方法实现了旋变二次谐波测角误差的自校正，大幅提升了旋变的测角精度和伺服系统的转速控制稳定度。
测角传感器 旋变 测角误差 自校正 angel position sensor resolver angle measurement error self-correction
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
光电编码器测角误差的检测是编码器在研制和生产过程中必不可少的工作。目前, 人工手动检测装置检测过程复杂、效率较低, 耗时较长, 很难用于批量生产的产品检测。为了弥补现有手动检测装置的不足, 以自准直仪-多面棱体组合作为测量基准, 以步进电机和STM32来实现自动化, 设计了一种绝对式光电编码器测角误差的自动检测系统。阐述了系统的检测原理及软硬件设计, 分析并计算了系统精度, 其扩展不确定度为1.6″。对同一编码器进行手动和自动检测后, 结果分别为6.3″和7.3″, 实验表明检测系统自动检测结果准确。通过本系统进行检测, 检测过程无需人工操作, 效率较高, 在光电编码器的批量检测中, 可以体现出本系统的优势; 此外, 相较于传统的人工手动检测, 通过本系统进行检测更能反映编码器在实际工作中低速转动时角度位置精度的真实情况。
光电编码器 测角误差 自准直仪 步进电机 自动化检测 photoelectric encoder angle measurement error autocollimator stepper motor automatic detection
1 河南科技大学 河南省机械设计及传动系统重点实验室， 河南洛阳47003
2 贵阳新天光电科技有限公司， 贵州贵阳550018
圆光栅安装偏心引起的测角误差是影响圆光栅角度测量精度的关键因素，而对圆光栅安装偏心引起的测角误差进行修正是提高圆光栅测角精度的有效方法。本文分析了圆光栅安装偏心与测角误差之间的关系，建立了基于双读数头的圆光栅偏心测角误差理论模型，提出了一种基于非对径安装双读数头的圆光栅偏心测角误差修正方法。仿真及实测试验表明，在双读数头非对径安装时，新方法对读数头安装误差和圆光栅偏心误差造成的测角误差的修正效果明显优于双读数头均值法。试验中，当两读数头对径安装误差约为4°时，新方法修正后的测角误差为均值法修正后测角误差的二分之一以下，其中仿真试验中由均值法修正后测角误差为1.785″， 新方法修正后的测角误差为0.720″。
圆光栅 双读数头 测角误差 误差修正 circular grating double reading head angle measurement error error correction
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
在实际工业应用中, 环境温度变化是便携关节式坐标测量机中旋转轴系测角精度的主要误差源。为了消除环境温度对旋转轴系测角精度的影响, 本文提出了一种新型圆光栅测角误差补偿方法, 即建立含有环境温度影响因子的圆光栅测角误差补偿模型。利用谐波方法建立在特定温度下的圆光栅测角误差补偿模型, 利用多项式方法建立谐波系数与环境温度之间的函数关系。最后, 以14 ℃下的实验数据为验证数据, 分别代入到传统谐波误差补偿模型和本文提出的模型中。实验结果表明, 相对于传统谐波误差补偿模型, 使用本文提出的模型补偿后圆光栅的测角精度提高4倍左右, 修正后的残差峰峰值在2″以内, 能够有效地补偿10~40 ℃下圆光栅的测角误差。
精密测量 圆光栅测角 测角误差 谐波补偿 多项式 precision measurement circular grating angle measurement angle measurement error harmonic compensation polynomial
西北工业大学自动化学院, 陕西 西安 710129
针对测角误差与定位误差对精度的影响持平的高精度场合, 提出了能够同时考虑测角误差与定位误差的相机姿态估计算法。在传统最小二乘平差相机姿态估计算法的迭代过程中, 将定位误差的协方差投影到单位球面上并与测角误差的协方差融合; 用块松弛迭代法解决投影过程依赖于待估计参数的问题; 用融合后的协方差作为权重构建加权最小二乘平差方程; 从平差方程中解出融合定位与测角误差的相机姿态在当前迭代状态下的估计值。该方法统一了位置测量误差模型与角度测量误差模型, 实验结果表明其可有效应用于导弹发射车定向系统。
机器视觉 姿态估计 定位误差 测角误差 物体空间误差 重投影误差 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 093601
1 上海航天控制技术研究所, 上海 200233
2 中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心, 上海 200233
3 上海应用技术大学 计算机科学与信息工程学院, 上海 201418
星敏感器标定是基于更高精度的测量基准对光学系统内方位元素进行建模与最优化解算的过程。针对大视场星敏感器光学系统误差分布非理想轴对称的实际情况, 提出了一种采用视场网状分区域建模的内方位元素最优化解算方法。首先, 在补偿了星敏感器与标定系统初始对准误差后, 基于针孔模型计算主点和焦距; 然后, 在视场分区域建模思想的指导下, 采用多项式拟合结合双线性插值的方法修正畸变; 最后, 提出了基于测角误差的标定精度评价准则。经实验室标定与外场观星验证, x轴与y轴标定残差较全局建模法分别降低了35%和20%, 证明了该方法的有效性。
大视场星敏感器 分区域校正 双线性插值 测角误差 初始对准误差 star tracker with large field of view zone-division calibration bilinear interpolation measurement angle error initial alignment error 红外与激光工程
2017, 46(10): 1017006
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器, 在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上, 建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知, 在距离10m处, 这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1μm, 447.9μm和242.4μm。结果表明, 在激光雷达坐标测量系统设计中, 为保证在大空间测量中仍有很高测量精度, 必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差, 并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。
测试与计量 激光雷达 测角误差 误差分析 measurement and metrology laser radar angle measuring error error analysis
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, 北京100039
3 吉林大学 通信工程学院, 吉林 长春 130022
为了保证船载经纬仪的测角精度, 补偿站位及船摇误差, 分析了船载设备的姿态数据对测角误差的影响并建立了船摇误差模型。根据该模型提出了设备标定及测量方案, 并给出了船载设备站位修正及事后数据处理方法。首先, 建立船摇误差模型, 分别给出航向、俯仰及横滚测量误差对设备方位角和俯仰角的影响公式; 结合测量设备指标及任务要求, 制定了标定及测量方案, 给出了设备能够保证精度的测角范围。然后, 提出了在船载设备特殊使用环境下, 站位数据的测量方法及相应的站位船摇修正算法。最后, 说明了船载光测设备的测量数据事后处理方法。实验结果表明, 在船载精确姿态测量系统最大误差为航向角1.2′, 纵倾角24″, 横倾角24″的条件下, 设备的测角误差均方根为方位≤57″,俯仰≤34″, 基本达到了在该测量条件下的理论最优测角精度。
船载经纬仪 测角误差 站位误差 船摇 数据处理 shipboard theodolite angle measuring error position error ship-swaying data processing
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 天津工业大学电子与信息工程学院，天津 300160
室内空间测量定位系统 (wMPS)是一种基于多向定位原理的新型网络式测量系统，为分析系统单站的测角不确定度，建立了角度测量模型，分析了影响系统测角精度的误差源并给出误差的评估方法，利用蒙特卡罗统计法进行了仿真，获得了测角误差的分布。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段，多齿分度台为角度参考基准的发射站水平角不确定度分析平台，实验结果表明该平台的有效性并获取测量空间内发射站的水平角不确定度为 2.2″。
大尺寸测量 测角误差 水平角检定 large-scale metrology wMPS wMPS angular uncertainty horizontal angle calibration
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
分析了车载平台变形对经纬仪测角误差的影响，将平台变形分为平移变形和旋转变形转两类。采用数值模拟实验论证了平台旋转变形是影响测角误差的主要因素，建立了车载经纬仪测角误差与旋转变形角的关系模型，并在此基础上对目标位置和平台旋转变形对测角误差的影响进行了仿真。利用基于莫尔条纹的自准直测量系统测量平台偏向角，倾角传感器测量平台倾斜角，对测量得到的结果进行了实验验证。数据分析表明：该模型能有效修正因车载平台变形而带来的测角误差，使方位测角精度提高了103.7″，高低测角精度提高了89.4″，为实现车载经纬仪高精度测量提供了理论依据和技术支持。
车载平台 变形 测角误差 莫尔条纹 倾角传感器 vehicular platform deformation angle measuring error Moiré fringe inclinometer
