基于PSD的微型化精密光學三維測角系統(tǒng)的研究.pdf

1、慣性測量單元（IMU）中的減震器由于外界擾動產(chǎn)生的形變，會導致陀螺輸出一個額外的角加速度。為了進一步提高IMU的姿態(tài)測量精度，常通過測量減震器的形變量來補償這個額外的角增量。本文基于某型慣性導航設(shè)備研制的實際需要，針對現(xiàn)有精密測角儀在三維測量、結(jié)構(gòu)外形、溫度穩(wěn)定性等方面的不足，提出了一種基于高精度位置敏感器件（PSD）的微型化精密光學自準直三維測角方案，論證并設(shè)計了該三維測量系統(tǒng)，實驗研究了該方案的可行性。主要研究工作如下：
　　

2、一、針對自準直測量的光學成像過程進行數(shù)學建模，仿真研究了成像質(zhì)量對測量結(jié)果的影響。從典型光學自準直測量系統(tǒng)的光學結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了一種基于矩陣變換、矢量運算和光線變換理論的自準直測量模型，仿真分析了簡化模型的誤差、成像光斑的畸變以及測量過程中光斑的運動軌跡。實驗研究了現(xiàn)有基于四象限探測器的精密測角儀的光斑非均勻性和溫度穩(wěn)定性，分析并指出了該測量方案中存在的不足。
　　二、設(shè)計了自準直三維測量光路，仿真驗證了該設(shè)計方案的可行性，較全面

3、地分析了系統(tǒng)中引入測量誤差的各種因素。針對現(xiàn)有測量方案的不足，甄選了滿足要求的光源和探測器，圍繞小型化和高精度的實際要求，完成了光學三維測角方案的系統(tǒng)設(shè)計；應(yīng)用ZEMAX軟件對系統(tǒng)測量光路進行了仿真分析，驗證了測量方案的可行性；應(yīng)用理論推導和仿真分析的手段，研究了自準直測量中可能出現(xiàn)的多種影響測量精度的因素，并分別提出了修正方法。
　　三、搭建了方案中的測量光路，實驗研究了所設(shè)計系統(tǒng)的測量特性。參照設(shè)計方案，在光學平臺上搭建了基于