天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室，天津 300072
为满足大尺寸测量仪器性能与制造水平提升的需求，基于非正交轴系架构理念对激光经纬仪进行设计。针对非正交轴系经纬仪在无参考末端情况下计算反向运动旋转角度的难题，提出反向运动线性模型，以实现旋转角度的快速、高精度计算。首先，基于李群李代数基本理论构建非正交轴系经纬仪正向运动学模型。其次，构建空间目标点与视准轴位姿参数间的约束关系，并结合旋转角度误差传递模型，确立用于求解旋转角度误差修正值的线性方程组。最终通过旋转角度初始估计值与误差修正值线性相加，获取高精度的反向旋转角度值。仿真结果表明，该方法所计算的旋转角度误差趋近于0，真实实验的旋转角度误差均小于0.02 mrad，验证了所提反向运动学线性模型的可行性与实用性。
光学仪器 非正交轴系 反向运动 线性模型 误差传递
1 中国科学院空天信息创新研究院 遥感卫星应用国家工程实验室，北京 100094
2 新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，乌鲁木齐 830006
3 中国科学院大学，北京 100049
4 大连海事大学 信息科学技术学院，辽宁 大连 116026
5 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 农业部农业信息技术重点实验室，北京 100081
地表比辐射率方向性研究是国际热红外定量遥感研究领域的热点与难点，现有的热红外沙地比辐射率方向性模型存在先验参数较多、精度较低、适用性差等问题。论文基于5个伪不变定标场，即Algeria3_1km、Algeria5_1km、Libya1_1km、Mauritania1_1km及Mauritania2_1km，综合利用长时序极轨卫星载荷AQUA/MODIS与静止轨道卫星载荷MSG/SEVIRI多角度观测数据，经过载荷相互校准、大气纠正、影像数据时空匹配等处理，基于热红外辐射传输方程，获取0~65°观测天顶角范围内各研究区方向性比辐射率，建立公里级像元尺度比辐射率方向性模型，并对其进行了不确定度评估。结果表明：地表比辐射率随观测天顶角增大而降低，其方向性效应随波段中心波长的增加而减小，Algeria5_1km区域的方向性效应最小，Mauritania1_1km区域的方向性效应最强；各研究区比辐射率方向性模型不确定度均随观测天顶角的增大而增大，模型不确定度均优于3%。
热红外遥感 地表比辐射率 方向性模型 误差传递理论 thermal infrared remote sensing land surface emissivity directional model error propagation theory
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学机电工程学院，吉林 长春 130022
3 长春理工大学空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
包含章动、自适应光学以及精跟踪功能的复合激光通信系统的光路复杂，环境温度改变时多光轴的一致性较难保证，导致波前校正基准、跟踪零位偏移，严重影响通信链路的建立。为解决以上问题，对系统进行了一体化设计，提出了针对多光轴复杂光路的光轴一致性的分析方法，建立了多反射镜误差传递模型。经过计算可得：在10~30 ℃的环境温度范围内，精跟踪支路与通信支路间、通信发射支路与通信接收支路间、精跟踪支路与自适应光学支路间同轴度误差优于143.77 μrad、27.38 μrad和131.66 μrad。在实验室中进行30 ℃温度拉偏实验，实验结果表明：光轴实际偏转角度与仿真结果之间的误差优于13%。随后进行了楼宇间的1 km激光通信实验（环境温度28 ℃），成功实现稳定通信。
光通信 多光轴一致性 仿真分析 刚体位移 误差传递模型 光学学报
2022, 42(18): 1806002
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室, 上海 200080
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200080
3 中国科学院大学, 北京 100049
合成孔径激光雷达具有成像分辨率与探测距离无关的特点。与微波相比,激光波长至少小3个数量级,因此能实现更高分辨率的成像,但是波长更短时成像更容易受系统自身引入的相位误差的影响,从而导致成像模糊。为了消除该误差对成像的影响,提出采用光学锁相环(OPLL)技术抑制编码合成孔径激光雷达的系统随机相位噪声。在发射端,激光信号经编码信号驱动的电光调制器调制后用于探测目标;在接收端,对接收到的回波信号与本振光进行正交解调。所提出的基于OPLL的编码合成孔径激光雷达工作在1550 nm波段,调制带宽为1.25 GHz,脉冲重复频率最高可达1.2 MHz/s。实验结果表明,在没有OPLL时,系统随机相位波动大于100 rad,采用OPLL后,系统内部相位稳定度优于0.1 rad,大幅度提高了系统自身的相位稳定度和方位向合成成像精度。
相干光学 合成孔径雷达 光学锁相环 误差传递函数 相位稳定度
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210182
1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 长光卫星技术有限公司, 长春 130102
基于“吉林一号”视频系列卫星开展空间目标光度测量试验，阐述了视频星对空间目标成像以及光度反演原理，利用相机探测器输出图像的灰度值反演计算目标光度学特征.根据误差传递原理分析了辐射定标系数偏差和目标图像噪声对反演精度的影响，并以恒星作为标准辐射源对反演精度进行验证，结果表明恒星类点目标光度反演误差小于0.15 Mv.列举了空间目标拍摄及反演结果样例，并对视频星观测试验结果进行了统计和说明，得到视频星的极限探测距离、捕获概率以及观测效能，分析结果表明视频星的灵活成像模式可较好地适用于空间目标观测任务.
空间光学 空间监视 光度测量 空间目标 视频卫星 信噪比 误差传递 照度 目标探测 遥感 Space optics Space surveillance Luminosity measurement Space target Video remote sensing satellites Signal to noise ratio Principle of error transfer Illumination Object detection Remote sensing 光子学报
2019, 48(12): 1228002
针对着舰引导系统标校工程的需要,; 根据坐标变换原理推导一种利用光电标校装置获取角度和距离的真值计算模型。分析了标校过程中舰艇姿态变化以及设备测量误差对标校精度的影响,; 并基于误差传递理论推导了设备距离和角度理论真值的误差计算公式。通过Matlab数值仿真结果验证本文方法能满足系统标校精度要求。
着舰引导系统 光电标校 航载机 坐标变换 误差传递 carrier landing guidance system photoelectric calibration shipboard aircraft transfonnation of coordinates propagation of error
西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室，四川 绵阳 621010
为了实现低温真空环境下红外材料热膨胀系数的高精度测量，提出了一种固体材料低温热膨胀系数的测量方案。本方案基于自准直原理，设计了一种测微结构，建立起了结构变形与角度的关系，并推导出热膨胀系数测量公式。利用测量公式，从理论上分析了该方案的测量误差传递函数关系，并利用误差灵敏度函数对红外材料低温热膨胀系数测量装置的设计精度进行了分析，最后通过计算得到了该方案的测量相对误差。结果表明，测量的热膨胀系数相对误差仅为0.76%，满足纳米级测量要求。
低温热膨胀系数测量 微变形测量 误差传递函数 低温光学 cryogenic thermal expansion coefficient measuremen micro deformation measurement error transfer function cryogenic optics
1 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院 电气工程系, 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学 航天学院 控制与仿真中心, 哈尔滨 150080
为了实现室内运动目标位姿的高精度测量，建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上，通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统，利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置，利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标，利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后，根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明，当摄像机的视场范围为14 000 mm×7 000 mm时，测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ)，位置测量精度为5 mm，且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致，验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性，能够满足目标位姿测量高精度的要求.
视觉测量 位姿测量 合作目标 激光投影 误差传递 Vision measurement Pose measurement Cooperative target Laser projection Error propagration
