为了减小自由落体式光学干涉型绝对重力仪中光束垂直度对重力测量准确度的影响, 提出了一种基于双层液体光楔对光束的可变偏折实现光束垂直性自校正的快速调节方法。当光束偏离铅锤方向时, 利用液面天然水平的特性, 使液体在重力的作用下形成可变液体光楔, 自上而下的光束经双层液体光楔时光束传播方向发生偏转, 合理地匹配双层液体的折射率, 使它偏离铅锤方向的夹角得到实时修正。搭建光束垂直性自校正装置并进行实验验证, 结果表明, 装置的角度抑制比优于18.0, 当装置倾斜角度不大于2.7′时, 出射光束偏离铅锤方向不超过9.0″, 对应于重力加速度的测量误差小于1 μGal (1 μGal=10-8 m/s2)。将本方案用于自由落体式的重力加速度测量, 仅通过条式水平仪调平便可实现光束垂直性的快速准确调节, 同时还能抑制测量过程中光束垂直性缓变带来的影响。

为了实现智能**电源管理, 针对正常发射和勤务跌落两种典型的加速度信号, 提出了一种高阈值长脉宽响应的微流体惯性开关。该开关主要由环形微通道和三级毛细阀组成, 具有识别两种典型加速度的能力, 并在正常发射后坐加速度的作用下实现可靠接通。首先, 介绍了开关的设计概念及工作原理。然后, 采用湿法刻蚀和磁控溅射金属技术制作了样机。最后, 结合有限元仿真和样机实验验证了开关的功能。有限元仿真分析表明: 该开关在幅值为12 000g, 脉宽为300 μs的勤务跌落载荷下保持断开, 在幅值为20 000g, 脉宽为4 ms的后坐载荷下可靠接通, 开关阈值为3 300g。实验结果表明: 该开关在幅值为12 800g, 脉宽为219 μs的勤务跌落载荷下保持断开, 开关的静态阈值为3 257.2g~3 317.3g,开关的理论阈值为3 590.9g, 理论公式能较好地预测开关的阈值。

为了实现亚角秒级圆分度器件的高精度校准, 建立了基于角度计量转台和自准直仪的角度测量系统, 研究了基于无实物基准的圆分度误差检测方法和控制测量系统引入误差的策略。简要介绍了基于真空预载气浮支承和超声马达驱动的自研转台的结构, 搭建了整个测量系统。利用圆封闭原理和最小二乘原理分析了圆分度误差的测量算法, 讨论了测量过程的误差来源, 并分析了抑制各误差源的方法。最后, 在构建的测量系统上测量了多齿分度台的圆分度误差, 并对测量不确定度进行了分析。实验结果表明: 自研计量转台和被校多齿分度台的最大圆分度误差分别为0.12″和0.15″, 测量不确定度为0.05″(k=2)。通过比对, 表明测量系统能够实现亚角秒级圆分度误差的高精度校准。

为了提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度, 建立了优化Stribeck摩擦模型, 对摩擦力这一影响定位精度的主要因素进行补偿。首先, 对于传统的Stribeck摩擦模型进行优化, 采用改进的最小二乘算法对模型参数进行辨识。然后, 对所建立的摩擦模型补偿算法进行仿真并与扰动观测器的补偿算法进行比较, 发现前者速度比后者速度在补偿后提高了4.33%, 对摩擦力具有更好的补偿效果。最后, 在大行程二维精密定位平台上进行验证, 根据平台能够达到的最大速度定义0.005 m/s为低速运动, 0.05 m/s为高速运动, 在这两种速度下进行实验, 并与基于库仑摩擦前馈补偿模型比较。实验结果表明: 精密定位平台在速度为0.005 m/s的低速运动时, 优化模型的跟随误差减小了67.67%; 在速度为0.05 m/s的高速运动时, 优化模型的跟随误差减小了51.63%, 验证了优化Stribeck摩擦模型补偿算法的有效性。本文提出的优化Stribeck摩擦模型可用于提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度。

基于双面集成微结构薄片元件在集成光学成像、光束整形等方面的应用日益普及, 针对其中一些一体化、高深宽比结构在制作方面的难点问题, 本文提出一种无基膜支撑、高深宽比的双面集成微结构元件的制作新方法——紫外压印改进技术。通过该方法, 成功地制作了无基膜、高深宽比结构的集成导光板样品; 样品上下表面微结构形貌与金属模具在误差范围内保持一致, 转印复制过程的物理结构形变小, 且样品的厚度整体均匀、平整无翘曲。实验结果表明, 本文提出的紫外压印改进技术方法能有效地制作无基膜支撑、双面集成高深宽比的微结构元件, 可望在集成光学成像及光束整形、匀光、导光、聚光等光学器件制作领域有良好应用。

MEMS热电堆传感器能够实现对温度的精确测量, 固晶工艺是其中关键一环, 但目前尚缺乏有效方法精确优化MEMS热电堆固晶工艺参数。本文介绍了热电堆传感器的工作原理, 提出了对固晶工艺参数(固晶厚度和爬胶高度)的要求。以固晶工艺要求为导向, 初步探究了压力参数对固晶工艺的影响并进行了压力参数的优化。在优化的压力参数下, 实验探究了点胶高度和贴片高度对固晶工艺的影响, 并缩小了两参数的选择范围。在此基础上, 通过有限元ANSYS软件, 分析在相同温度下, 不同固晶厚度的银浆与芯片接触处的热应力分布, 找出最佳的固晶厚度参数, 并精确优化了点胶高度和贴片高度。最后, 通过实验验证的方式, 对此参数下的MEMS热电堆固晶强度给出了检测结果。结果表明: 压力参数为0.3 MPa、点胶高度为140 μm、贴片高度为460 μm时, 固晶推力均值为43.14 N。其固晶质量最好, 能够满足固晶强度要求, 有助于提高MEMS热电堆芯片封装的可靠性与成品率。

为实现辊筒模具大面积微透镜阵列的高效率与高精度加工, 对微透镜阵列成形法的加工轨迹优化和进给轴伺服参数的优化方法进行了理论分析与实验研究。首先, 通过分析微透镜阵列的特征轮廓, 确定微透镜表面振纹的主要诱因为过渡台阶的突变;其次, 为使加工轨迹的二阶导数具有连续性, 提出采用三次样条插值与傅里叶级数拟合对加工轨迹进行分段优化设计; 最后, 在优化加工轨迹的基础上, 通过调整伺服系统的前馈参数, 改善了进给轴的响应能力, 减小了因驱动质量和阻尼而产生的跟踪误差。口径为800 μm、深度为26.7 μm的微透镜阵列的加工实验表明: 采用优化的刀具轨迹和伺服参数, 微透镜加工效率可以达到8 Hz, 进给轴跟踪误差小于300 nm, 并消除了微透镜阵列的表面振纹。微透镜单元口径尺寸精度为设计值的1.075%, 随机检测50组, 口径尺寸变化范围控制在2 μm内, 表明微透镜具有良好的尺寸一致性。实验结果表明, 加工轨迹的分段设计方法和伺服参数优化可有效抑制进给轴的振动, 改善了微透镜阵列表面质量。

为了校正扭转波速度、补偿温度、抑制脉冲电流噪声以及提高输出信号的信噪比, 设计了一种双检测线圈结构应用于磁致伸缩液位传感器。推导了扭转波速度与温度的数学模型, 得到了扭转波速度随温度的变化趋势; 分析了单检测线圈结构存在温度影响测量结果与脉冲电流幅值大等问题。通过理论分析, 最终的实验结果表明, 与单检测线圈结构相比, 双检测线圈结构能够快速计算扭转波速度, 补偿温度对测量结果的影响, 将脉冲电流噪声信号幅值降低至原来的1/27, 测量误差由原来的0.18 mm降低至0.02 mm。双检测线圈结构为磁致伸缩液位传感器优化设计提供了理论指导。

为了实现降低金刚石涂层粗糙度的目的, 本文研究了飞秒激光功率, 重复频率以及扫描速度对金刚石涂层表面粗糙度的影响, 试验之后利用白光干涉仪检测抛光区域形貌以及粗糙度。试验结果表明: 粗糙度随着功率的降低而减小, 当功率降至100 mw以下时抛光后的粗糙度会随着功率的降低而略微的提高; 重复频率对抛光后的粗糙度无显著影响; 粗糙度随扫描速度的增大而减小, 当扫描速度增加到1.6 mm/s之后, 粗糙度会出现略微的升高。在功率100 mw, 重复频率1 KHz, 扫描速度1.6 mm/s的条件下, 得到的粗糙度最低, 约为0.14 μm, 局部区域粗糙度可降至100 nm以下, 并且抛光的区域相对于未抛光区域更具有致密性, 基本上满足金刚石涂层低摩擦表面的要求。

本文研究了一种适用于临床前研究的小型化(<0.4 mm)、低成本纤维束内窥镜装置。该装置包含有一个渐变折射率(GRIN)透镜, 它安装在光纤图像引导器的近端。提出了一种简化、低成本的装置连接方案, 并讨论了可应用的连接方案。装置中使用的纤维束表面包覆有聚酰亚胺, 其在长期和短期植入时都具有生物相容性。最终制备的装置能够承受化学清洗、消毒和高压灭菌, 满足普通实验室和临床程序的需求, 并且对整体性能有较小的影响。为了验证纤维束的成像质量, 本文使用标准测试靶标和荧光微球进行评估。结果表明, 光纤与自发荧光之间的串扰对成像质量的影响很小, 该纤维束无需复杂光路和激光扫描即可实现荧光样品分子级的分辨率。

为了实现微纳卫星MEMS陀螺动态在线滤波, 对MEMS陀螺阵列建模, 设计可应用于动态过程的最优在线数据融合算法, 建立陀螺阵列测试系统, 并对融合滤波的陀螺系统的性能对比分析。首先, 建立多个陀螺的量测模型。接着基于信息融合模型, 使用Kalman滤波算法, 对预测的协方差矩阵进无求逆运算迭代; 然后, 基于误差估计, 对动态时变信号滤波模型建模, 并给出了融合滤波方法; 最后, 搭建6个MEMS陀螺在线滤波系统, 验证该算法的有效性。实验结果表明: 滤波误差可降低为单陀螺采样误差的1/15, 精度提高一个数量级; 运算量相比层序式滤波减少为1/4, 计算时间减少为1/3。本文所提算法在提高精度的基础上, 显著提高了MEMS陀螺系统的性能指标, 拓展了MEMS陀螺在微纳卫星的应用范围。

为了解决遥感图像中存在雾气引起图像可见度下降的问题, 提出一种基于颜色线先验和暗通道先验的遥感图像去雾算法。针对颜色线先验对部分场景不适用的情况, 提出一种基于最小二乘的透过率优化方法, 通过计算先验可信度权重来加权融合颜色线先验和暗通道先验估计的透过率图, 以获得更为准确的透过率分布。为了避免halo效应, 在优化方程中加入梯度正则化约束。实验结果表明, 本方法对透过率估计准确, 重建结果清晰度提升明显。另外, 该方法改善了客观评价指标, 其灰度平均梯度(GMG)和信息熵(IE)平均值最高, 取得了最佳的重建效果。

本文提出一种基于JPEG2000标准的Bayer图像高性能RBCR(Remove Bayer Component Relation, RBCR)压缩算法。在RBCR压缩算法中, 根据Bayer图像相关性较高的特点, 对Bayer图像进行颜色分量分离, 得到处理单元子图, 对各子图进行1×4整型离散余弦变换, 降低Bayer图像中各颜色分量空间域内的相关性; 对变换后的各分量DCT系数使用标准JPEG2000算法独立完成小波变换、Tier1编码、MQ编码和率失真斜率计算等, 再基于率失真斜率联合截取方法完成各个分量的码流截取, 即使用相同的率失真斜率门限值, 按照率失真斜率值由高到低的顺序依次完成所有分量编码码块的码流截取, 最后各个分量的截取结果再进行独立的码流组织输出。在RBCR算法中通过加入DCT变换降低Bayer图像相关性和对各个分量码流的率失真斜率联合截取, 提高恢复图像质量且精确控制了码率。实验结果表明, RBCR算法与各个分量独立压缩方法相比, 恢复图像质量得到提升, 尤其在4倍的压缩倍数下效果最佳, 峰值信噪比平均提高1.814 dB,复杂峰值信噪比平均提高2.414 dB。可以满足深空探测低复杂度和高质量图像的要求。

视觉导盲仪是一种旨在解决盲人出行困难的导盲设备, 为了实现视觉导盲仪诱导盲人找到盲道并沿盲道行走, 提出了一种基于机器学习识别与标记分水岭分割的盲道图像定位算法, 通过离线训练与在线的识别、分割来定位盲道区域。首先对盲道图像进行视角变换的预处理, 根据盲道的地面方程将变化的倾斜视角转换为固定的俯视视角, 消除射影变换带来的失真; 然后利用局部二进制模式描述子提取鸟瞰图的纹理特征, 以自适应增强学习算法离线训练盲道识别分类器; 进而利用分类器对鸟瞰图像进行在线识别, 粗略确定盲道区域; 最后将识别结果进行形态学处理后作为标记, 利用标记分水岭算法得到精确分割的盲道区域并定位盲道中心线。在研制的视觉导盲仪上进行验证, 结果表明盲道定位准确率达到了95.44%, 速度平均每秒8帧, 具有高准确率的同时达到实时性要求, 为盲道的准确三维定位提供了必要条件。

图像序列的光流估计理论在机器视觉领域已被提出多年, 但算法的高计算复杂度限制了其在工业领域的应用。为了满足应用的实时性要求, 阐述了一种光流实时估计的实现方法。为了提高算法精度及减少FPGA片内资源消耗, 对L&K光流计算方法进行改进。首先, 通过设计两层光流计算架构来提高精度。针对在此过程中出现的外部存储器读写速率不够的问题, 提出一次读取同时分层缓存、分时计算的方法。考虑到两层光流在计算过程中的迭代关联性, 设计了满足要求的外部存储器数据读出顺序表; 然后, 针对卷积运算资源消耗大的问题, 设计了新的卷积权重函数, 能够将卷积计算量降低73%, 从而节省了大量逻辑资源;最后通过实验验证, 所提出的FPGA光流计算方法的精度高于运行在PC平台的L&K方法, 卷积计算资源消耗明显降低。设计的系统可以完成1 280×1 024 pixel、60 frame/s输入视频的计算, 满足光流计算的实时性要求。

针对现有曲面重建算法不能很好地重建出点云模型尖锐特征的缺陷, 提出了一种凸显点云尖锐特征的点-线-面递进式曲面重建算法。首先, 根据近邻点的欧氏距离、法向偏差和曲面变分, 采用主成分分析算法和k-近邻点迭代加权法获取点云准确法向; 接着, 依据特征点位于多个平面交线上的原则, 利用法向聚类和平面拟合从候选特征点中筛选特征点; 然后, 依据特征点生长方向和主方向的相互关系重建特征线,并按照最小二乘原理采用矩阵法修复角点; 最后, 以特征线为约束重建尖锐特征点云曲面。实验结果表明: 本文算法计算的点云准确法向与理论法向偏差接近于0, 特征重建效果优于其他算法, 算法耗时短且与点云数量呈线性关系。算法不仅能够准确计算尖锐特征区域的点云法向, 还能准确提取出点云模型的特征点并凸显模型的尖锐特征。

激光视觉是一种在工业检测领域应用广泛的测量方式, 其标定是视觉检测系统搭建的基础。为此, 提出了一种新型线结构光视觉系统标定方法。采用张氏标定法完成相机标定, 通过提取标定板上的激光条纹特征, 根据三面共线条件进行处理完成结构光平面的标定, 并对标准尺寸进行测量以验证标定结果的准确性。接着基于该系统搭建了柔性臂振动测控实验台, 并用其对柔性臂振动进行检测, 设计了一种非线性控制器抑制柔性臂的振动。实验结果表明, 提出的标定方法三维检测精度可达0.1 mm, 得以应用在柔性臂的振动检测上, 设计的控制器也可在短时间内抑制柔性臂的振动, 以此验证了标定方法的检测效果和振动抑制的有效性。

为提高跟踪方法对背景信息、光照变化的抗干扰能力, 提出融合分数阶微分边缘特征信息的改进跟踪方法。将R-L分数阶微分边缘检测算子与Laplacian边缘检测算子进行融合, 构造出对高、中频信息提升, 而对低频信息能够非线性保留的混合边缘检测算子, 并利用其实现目标模板及场景图像的边缘特征信息检测。基于目标色度特征和边缘特征两种直方图模型, 分别建立场景图像的反向概率投影值, 根据背景信息的动态变化, 以抑制背景干扰信息为目的, 建立自适应融合的反向概率投影图, 提高算法对不确定环境变化信息的鲁棒性。实验结果表明, 混合边缘检测算子能够提高边缘图像的信噪比, 改善边缘提取的效果。边缘、色度特征信息自适应融合的跟踪方法单帧跟踪时间小于20 ms, 满足实时性要求。该方法能够在光照变化明显和与目标颜色相似背景等情况下有效实现目标识别与跟踪功能。

针对现有的样本块修复算法置信度值会迅速衰减至0, 填充次序不稳定以及易产生误匹配等不足, 提出结合梯度特征与色彩一致性的图像修复算法。为获得更为稳定的填充次序, 一方面引入表征图像结构和纹理变化特征的平均梯度来计算优先权, 以保证优先填充结构部分, 并适度延伸纹理信息; 另一方面提出基于S型函数的置信度更新准则以抑制置信度项的快速衰减; 同时比较匹配块与待修复块的色彩一致性, 将其与颜色信息相结合寻找最佳匹配块, 以减轻误匹配现象。实验结果表明: 本文算法较对比算法在峰值信噪比上至少提高0.82 dB, 证明了本文算法的有效性。结果也显示: 提出的算法获得了更加稳定的修复次序, 能有效减少误匹配率, 使得修复后图像更加满足人眼的视觉需求。

基于传统的夏克-哈特曼波前传感技术, 针对实验室现阶段所拥有的合成孔径望远镜系统设计了一套共焦检测系统, 用于对合成孔径系统的拼接主镜进行倾斜量误差检测。由于受实验平台振动和实验环境气流扰动等因素的影响, 导致检测系统的夏克-哈特曼光斑质心阵列做无规则的抖动, 检测系统难以实现高精度共焦。针对该问题提出采用连续帧频数据采样叠加滤波处理的方法来克服实验环境因素的影响; 将采集的连续帧频数据逐帧处理, 相互叠加, 分析光斑质心分布规律, 通过构建光斑分布图样最小外接矩形获取光斑质心位置, 从而有效的提高了共焦检测系统的准确度。实验表明中心镜沿x与y方向的倾斜量误差数据的标准差分别从0.029 7与0.009 2降到了6.0×10-5与5.1614×10-4。最终光斑质心数据的稳定性得到了不止一个量级的提升, 良好的克服了因实验环境因素导致检测系统精度损失的问题, 同时也验证了共焦检测系统方案的可行性。

由于传统分布式跟踪方法在先验噪声协方差与其实际值不相匹配时跟踪误差较大, 提出了一种采用自适应一致性无迹卡尔曼滤波的分布式目标跟踪方法, 该方法首先执行分布式UKF算法得到对当前移动目标状态的估计值, 然后通过一个系统错误检测机制, 确定是否需要对噪声协方差值进行更新。如需要, 则根据当前获得的测量信息去估计当前噪声协方差, 并联合该估计值和先前的噪声协方差值获得一个新的先验噪声协方差值。最后根据新获得的噪声协方差值对获得的目标状态估计值进行修正。实验结果表明该方法具有较好的准确性和鲁棒性: 在噪声未知环境下, 基于ACUKF的分布式跟踪方法相比于基于容积信息滤波和基于分布式无迹卡尔曼滤波的跟踪方法, 最大跟踪误差值分别减少了49.93%和 51.46%; 在目标过程噪声发生动态变化的情况下, 提出的方法相比于上述两种传统跟踪方法, 跟踪误差值分别减少了40.67%和40.06%。

针对含有遮挡区域、深孔及凹槽等特征的多面体或回转体物体, 设计了一套基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统。首先, 基于近景摄影测量技术建立立体定向靶标的6个单元模型, 计算靶标各侧面角点在各自单元模型内的坐标, 单元模型的链接和光束平差, 获取全部角点的精确全局坐标, 作为立体定向靶标的全局控制点。然后, 设计了利用共面角点辅助定位的探针, 仍基于近景摄影测量技术解算出角点和测头在探针坐标系中的精确坐标。最后, 利用共面的棋盘格角点与其像平面之间的单应性矩阵, 推导全局坐标系、探针坐标系各自与相机坐标系的位姿关系, 进而求得探针测头的全局坐标。以量块(量棒)的标准长度作为评价指标, 在2 m×1.5 m的视场范围内测量精度优于0.1 mm。测量实验表明, 多视场三维视觉测量系统用于测量具有回转体结构特征的水壶, 能够获取水壶表面全部区域的点云数据。

为了优化MgO∶PPLN连续光参量振荡器(OPO)的输出特性, 对三镜直腔结构的内腔式OPO系统进行腔结构设计, 对其同时输出高效的信号光和闲频光进行研究。采用半导体激光端面抽运Nd∶YVO4晶体实现连续的1 064 nm激光为基频光。对比分析了基频激光腔和OPO腔各腔镜分别采用平面镜或平凹镜的三种腔型结构的激光输出特性。基于30.5 μm的极化周期和12.4 W入射抽运功率时, 获得了最高输出功率3.92 W(信号光2.6 W和闲频光1.32 W), 转化效率31.6%的激光输出, 对应的信号光和闲频光的中心波长分别为1 549 nm和3 394 nm。结果表明三个腔镜均采用平凹镜时, 可有效的压缩基频激光腔在MgO∶PPLN晶体上的光斑, 提升基频激光的功率密度, 而且基频激光腔和OPO腔的基模光斑在MgO∶PPLN晶体上更好的匹配, 从而提升变频效率。

在航天、**、工业这些对器件的体积有着严格要求的领域, 光电编码器不仅要求减小外径尺寸和重量, 更要提高其测量精度。本文以光电编码器误差补偿方法为研究对象, 基于后验误差拟合方法确定误差模型参数, 从而实现对小型光电编码器的深度误差补偿。分析了影响光电编码器测角误差的主要因素, 建立了长周期误差和短周期误差模型。然后, 采用后验误差拟合算法实现了对误差模型参数的确定, 提出误差补偿算法; 最后, 对某一小型光电编码器进行实验, 验证了所提出误差补偿算法的性能。某型号光电编码器补偿前的精度为22.48″, 补偿后的精度为5.82″。实验表明, 采用后验误差补偿方法可以不考虑误差影响因素的大小, 直接对编码器进行误差补偿, 具有效率高、补偿准确等优点, 极大地提高了批量生产时光电编码器产品的精度。

针对分布式遥感编队中的协同观测问题, 本文开展了多星协同姿态控制研究。首先建立了参考航天器由对日定向到对目标凝视观测的期望姿态, 设计了基于姿态、角速度偏差的比例-微分(PD)控制器, 证明了闭环系统的李雅普诺夫稳定性。在此基础上, 进一步建立了伴飞航天器的期望姿态, 为使观测目标在参考航天器、伴飞航天器像平面上的成像位置匹配, 以伴飞航天器、参考航天器的姿态之差为基础设计了伴飞航天器的PD控制器, 证明了系统的稳定性。最后, 对理论结果进行了仿真验证, 结果显示伴飞航天器、参考航天器的相对姿态控制误差小于0.01°, 精度满足分布式遥感多星协同观测的任务需求。

针对传统半固结研磨盘由于盘面较软使得加工衬底面形精度难以保证的问题, 提出一种蜂窝状结构的半固结磨料研磨盘的设计与制备方法。该研磨盘采用环氧树脂蜂窝结构作为支撑“骨架”, 减小研磨盘的变形, 以保证研磨衬底的面形精度, 同时采用含有金刚石磨粒的凝胶体作为半固结研磨介质实现对衬底的研磨加工, 获得了较好的衬底表面质量。基于该原理制备了一套新型研磨盘, 并用于蓝宝石衬底的双面研磨加工。试验结果表明, 研磨后衬底表面粗糙度较小, 表面划痕和裂纹少, 能够获得较好的表面质量; 相应地, 研磨后蓝宝石衬底的面形精度不仅没有变差, 反而得到很大的改善, 研磨后衬底的翘曲度、弯曲度和总厚度偏差均大幅减小。另外, 研磨效率也相对较高, 材料去除率可达0.3～0.4 μm/min。试验结果证明了该新型结构研磨盘不仅可以获得较好的表面质量和较高的研磨效率, 同时还可提高衬底的面形精度, 可用于面形精度要求较高的薄片衬底零件的精密研磨加工。

表面粗糙度测量是评估零件表面特性的重要手段。经过二十多年的发展, 三维表面粗糙度逐渐成为反映工件表面特性的重要指标。本文总结并比较了接触式测量法、非接触式测量法和纳米表面粗糙度分析法中常用三维表面粗糙度的测量原理及特点。针对每种测量方法的发展现状, 本文讨论了其适用范围及局限性, 并指出了未来的发展方向。

针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题, 设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利用机载光电侦察平台锁定跟踪目标的特性, 对同一目标多次测量, 采用激光测距装置获取目标与载机间的距离信息。根据WGS-84定义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方程的非线性, 利用扩展卡尔曼滤波对目标位置进行估计。该定位方法精度只受到GPS接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响, 目标定位误差与机载光电侦察设备视轴指向测量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光测距系统位置误差对目标定位的影响, 结果显示该算法定位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性, 在飞行高度8 000 m时, 目标定位精度优于8 m。相比于传统定位算法, 该方法可将定位精度明显提高。同时此定位方法易于部署, 可操作性强, 具有较大的应用价值。

全息光刻-单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作大高宽比硅光栅的一种重要方法, 而如何增大光刻胶光栅的占宽比, 以提高制作工艺宽容度和光栅质量是急需解决的问题。本文提出了一种热压增大光刻胶光栅占宽比的方法, 该方法通过加热加压直接将光刻胶光栅线条展宽。论文详细阐述了其工艺过程, 探究了占宽比增加值随施压载荷、温度的变化规律, 讨论了施压垫片对光刻胶光栅质量的影响。应用此方法制作了周期为500 nm的硅光栅, 光栅线条的高宽比达到了12.6, 氮化硅光栅掩模的占宽比高达0.72。热压增大光刻胶光栅占宽比的方法工艺简单、可靠, 无需昂贵设备、成本低, 能够有效增大占宽比, 且获得的光栅掩模质量高、均匀性好, 满足制作高质量大高宽比硅光栅的要求。