激光雷达性能参数对轮式机器人建图质量影响研究

崔佳慧，姜延欢，张昱，吴娅辉

（航空工业北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室 动态测试与校准技术航空科技重点实验室，北京 100095）

摘  要：针对轮式机器人系统环境建图精度低的问题，基于轮式机器人运动学模型、传感器模型和融合算法等理论及分析，建立轮式机器人系统模型，通过仿真实验综合分析激光雷达性能参数（视场角、角分辨率）对环境建图过程中轮式机器人位姿及建图质量的影响规律。研究发现，随着时间变化，x坐标轴和y坐标轴方向的位置不确定性曲线呈现周期下降趋势，角度误差呈现出围绕一个值上下振荡的趋势；随着激光雷达视场角的增大，曲线震荡减少，且更趋于平滑，同时建图结果的白色边界更加清晰且完整；随着激光雷达的角分辨率增大，曲线震荡增多，且振幅更大，同时建图结果的白色边界更加模糊，精度更低。因此，可通过增大激光雷达视场角、减小角分辨率提高机器人系统环境建图精度。

关键词：轮式机器人；扩展卡尔曼滤波；位姿；建图；仿真

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http://www.jicejishu.net/jcjs/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20230201&flag=1

起落架载荷标定模型的集成学习方法

倪天琦，田永卫，王勇，齐贺阳，辛育霞，刘家旭

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：为解决飞机起落架载荷标定实验使用线性回归建立标定方程结果不理想的问题，考虑到实验中起落架压缩行程和应变片布片位置等因素对标定载荷的非线性影响，运用特征融合、集成学习理论，通过使用AdaBoost和XGBoost非线性回归方法，构建起落架载荷标定模型。首先，通过起落架载荷标定实验获取实验数据，使用主成分分析方法建立输入特征矩阵；其次，构建起落架载荷标定模型，将起落架三向加载载荷分别作为标签向量，训练集和测试集根据随机取样原则划分，使用AdaBoost和XGBoost两种方法训练标定模型；最后，在测试集中对载荷进行拟合预测，并使用均方根误差、平均绝对误差、决定系数、耗时4个评价指标对模型进行评估。实验结果显示，与广泛使用的最小二乘法相比，XGBoost方法建立的标定模型能够更好地拟合加载载荷，在不考虑时效性的场景下XGBoost算法更具优势。研究结果对提高飞机起落架载荷实测准确性以及飞机结构健康监测的进一步研究具有重要价值。

关键词：飞机起落架；载荷标定；非线性回归；集成学习

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轮式机器人环境建图计量评价方法研究

张昱¹，温聚英²，姜延欢¹，崔佳慧¹，吴娅辉¹，田森¹

（1.航空工业北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室，北京 100095; 2.中国运载火箭技术研究院，北京 100076）

摘  要：针对移动机器人环境建图计量评价指标缺失和评价技术不完善的问题，本文以轮式机器人和FastSlam建图算法为研究对象，通过构造实物场景和标准数字地图，提取准确、有效、可靠的环境地图评价指标，全方位对激光雷达和其建图结果进行计量评价。本方法提出全局特征参数和局部特征参数等多种评价指标，为移动机器人环境建图质量和环境建图算法优越性的合理评价提供支撑。

关键词：评价指标；激光雷达；实物验证平台；标准数字地图；环境建图

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有效值法交流共模抑制比测量不确定度评定

梁志国¹，冯秀娟²

（1.航空工业北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室，北京 100095；2.中国计量科学研究院 力学与声学计量科学研究所，北京 100029）

摘  要：为解决影响工业现场的数据采集系统精度的共模干扰问题，以波形分析方式研究了交流共模干扰的表现形式，揭示了其同时含有直流偏移叠加交流波动和本底噪声的典型特征。提出以波形有效值幅度进行干扰强度表征，并进行共模抑制比的定量表述；同时使用有效值叠加模型对系统本底噪声的影响予以剔除，提高了共模抑制比的测量精度。基于该方法与流程讨论了其主要的不确定度来源—信号源误差、数据采集系统增益误差、幅度测量误差、幅度分辨力误差以及测量重复性等。进行了测量不确定度分析和评价，结合实例给出了通道共模抑制比的不确定度评价结果，验证了所述方法的实用性与可行性。

关键词：计量学；不确定度；交流共模抑制比；评价；校准；数据采集系统

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航空发动机叶片粗糙度测量方法研究

张学仪，何小妹*，王一璋，马鹏谋

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：航空发动机叶片表面弯扭大，加工过程中难以保证表面粗糙度一致。针对现阶段粗糙度测量方法在测量叶片时缺少测量位置和方向的定义，导致测得的粗糙度值无法判定叶片粗糙度合格性的问题，开展了叶片粗糙度测量方法研究。基于叶片实测截面数据，利用坐标测量机上搭载的粗糙度测头，通过对不同类型的叶片进行多位置多方向的粗糙度测量实验，分析不同位置、不同方向的粗糙度测量结果差异，得到了叶片粗糙度测量方法。本方法将叶片粗糙度与叶片型面相关联，解决了叶片粗糙度的测量位置和测量方向缺乏规范的问题。研究结果对准确、有效、规范地评估叶片表面质量的合格性具有重要意义。

关键词：计量学；发动机叶片；粗糙度；坐标测量机

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高灵敏度低频光学加速度计的设计

李瑞君*，雷英俊，范光照

（合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009）

摘  要：在结构健康监测、地震监测和航空航天等领域，需要准确测量频率低于10 Hz和振幅小于1 mm的低频微振动，对应的加速度在mg ~ μg量级。现有商用加速度计的灵敏度多低于0.5 V/g，无法满足要求，故开展了高灵敏度低频光学加速度计的研究。基于加速度计的测量原理，通过理论建模确定了低频加速度计设计相关的技术要求，采用簧片和柔性铰链作为弹性元件，搭配使用单质量块和多质量块，构建了一维、二维和三维弹性机构；基于像散、激光三角法和激光自准直等高精度光学传感原理，设计了高灵敏度的光学传感系统；最终完成了一维、二维和三维低频光学加速度计的设计，并通过实验验证了所设计加速度计的性能，其灵敏度均优于9 V/g，分辨力均优于1 mg，可以用于低频微振动的测量。

关键词：光学加速度计；低频；高灵敏度

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1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统研制

丁宇洁，刘格格，刘科

（中国工程物理研究院 计量测试中心，四川 绵阳 621900）

摘  要：针对目前国内激光测振系统价格昂贵、使用不便的问题，采用1 550 nm波段成熟的窄线宽光源和光纤元器件研制了一套低成本的全光纤激光测振系统原理样机。此原理样机光路部分采用马赫⁃泽德干涉仪结构，搭建了外差式激光干涉光路，参考光被40 MHz的声光调制器调制，与测量光在光电探测器表面发生干涉，产生原始的激光多普勒信号；信号解调部分采用相位解调法对原始激光多普勒信号进行解调，得到振动目标的运动特性，包括位移、速度和加速度信息。采用本单位的振动标准装置对其性能进行了测试，实验结果表明：在10 ~ 2 000 Hz的中低频振动范围内，1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统峰值位移、速度和加速度的测量误差在-0.6% ~ 0.7%内。该系统在中低频段具有较高的测量准确度，且成本相对较低、操作便捷，具有技术借鉴价值。

关键词：振动计量；全光纤激光测振；相位解调

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拉曼抑制光频梳微腔的设计与仿真

薛莉，赵春播*

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：为了解决回音壁模式下的微腔在产生光频梳时受拉曼效应的影响，尤其在重频GHz时难以产生平滑的光梳谱的问题。首先，设计并调节波导和微环的耦合长度；然后，优化耦合角度，调整微环与波导之间的匹配模式，降低在长波段的耦合Q值，增加拉曼产生的阈值，抑制拉曼效应。通过仿真分析得出，相较于一般的直波导微环耦合结构，设计的弯曲波导微环在短波长处拉曼阈值增加了3倍，且在短波长处产生的光频梳功率提高了20 dB。为回音壁模式微腔结构的设计提供了一定的参考价值。

关键词：光学频率梳；回音壁模式；波导耦合；拉曼效应；非线性光学效应

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基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管设计

杨振，王毅，刘琳琳

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：针对航空发动机进气流量测量不准确的问题，设计了增加收扩喉部结构的新型发动机进气流量管。所设计结构对流场的整流作用，可以通过布置更少的测点获得更高的流量测量准确度；利用直管段与喉部产生的静压差，以非接触的方式获取进气流量，极大简化了试验现场进气流量测试方法。通过仿真与试验验证了设计方案的可行性，研究结果为航空发动机进气流量的准确测量提供了新的解决思路。

关键词：航空发动机；进气流量管；收数值仿真；收扩喉部结构

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光纤网时间同步性能计量校准装置研制

林平卫¹，齐苗苗²，宋振飞¹

（1.中国计量科学研究院，北京 100029；2.北京交通大学，北京 100091）

摘  要：为解决光纤时间传递系统中存在的远距离传递准确度低的问题，分析了环回法、双纤双向时间同步、双向波分复用、双向时分复用四种主流的高精度光纤时间传递方法的基本原理和技术特点，在此基础上研制了单信道时频传递装置。该装置采用电学相位补偿法实现频率传递同步，采用环回法与时分复用相结合的方法实现时间传递同步；使用1 秒脉冲（Pulse Per Second， PPS）和100 MHz共同标记时刻信号，其中1 PPS作为时刻粗标记，100 MHz作为时刻细标记，实现高精度时间同步。经实验证明，单信道时频传递装置的不确定度约为13 ps，能够满足现有光纤时频同步网计量校准的要求。该装置在多级时间传递同步、光纤时频同步网计量校准等领域中具有广阔的应用前景，为建设高稳定性、高可靠性和高精度的授时体系提供了重要技术支撑。

关键词：计量学；时间同步；频率同步；时分复用；光纤网络；校准

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辐射热流计响应时间测量方法研究

任佳，董磊

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：为满足瞬态热流的测量需求，解决辐射热流计响应时间无法准确测量的问题，设计辐射热流计响应时间测量装置。该装置利用高功率激光器快响应特性形成热流阶跃系统，使用高速采集系统同步采集热流计输出，对热流计响应曲线进行分析计算得到响应时间。对比多种响应时间测试方案，并通过试验对辐射热流计响应时间测量装置的快响应特性进行了验证，结果表明：该装置测量辐射热流计响应时间最快为4.4 ms，能够有效满足大量程、快响应的辐射热流计响应时间精准、高效测试的需求，促进了我国瞬态辐射热流计量技术的发展。

关键词：辐射热流计；响应时间；测量装置

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基于ANSYS的离心复合校准装置桁架结构分析

秦朝俊，刘静雅

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095）

摘  要：在离心复合校准装置极限载荷工况下，为确定桁架强度满足离心复合校准应用需求，对桁架结构进行有限元分析和试验验证。利用ANSYS有限元分析软件，设计仿真过程，完成对该种离心转臂式桁架结构，从结构组成、模型建立、网格划分、载荷约束设置等程序描述整个分析过程。通过分析结果云图，确定桁架受力结果符合机械结构要求。经线加速度计校准试验测试对结构分析结果进行验证，结果表明：桁架的结构强度满足使用要求，变形量与实测值接近，结构分析结果与实际应用测试值相符合，分析结果可靠。此桁架分析过程和验证方式可为类似桁架分析提供参考。

关键词：离心复合校准装置；桁架；有限元分析

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应变测量仪的自校准电路设计及应用

刘耀，王文健

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：为解决应变测量仪在使用分流法进行校准时存在的费时耗力效率低下、精度不足等问题，实现应变信号的高精度采集，研究并设计了低漂移、低噪声的自校准电路，程控配置采集通道和校准信号，拟合出采集信号和自校准信号之间的函数关系式，获取校准系数，对应变测量结果进行校正，有效降低应变测量的温度漂移误差和噪声误差，满足应变测量仪精度的指标要求。

关键词：应变测量仪；自校准；低漂移

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弯扭组合梁载荷测量试验研究

王勇，付佳豪，田永卫，宋昊，齐贺阳，倪天琦

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：对金属结构进行载荷测量，应变法是常用方法之一。在弯矩、剪力和扭矩等单独作用下，利用应变法测得数据的准确性以及线性相关性都很好。而实际情况中，结构受力情况复杂，经常受到弯矩、剪力和扭矩等耦合作用，因此利用应变法测得的数据和输入载荷值生成的多元线性回归方程的线性相关性有待进一步验证。本文设计了一种典型的弯扭组合梁结构，在弯矩和扭矩的耦合作用下，利用应变法进行载荷测量，测量数据准确性很好，并且输入载荷值、弯矩和扭矩等多个变量生成的多元线性回归方程的线性相关性很强。

关键词：弯扭组合梁；应变法；载荷测量；耦合作用；多元线性回归方程

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基于视觉识别技术的手持式数字万用表自动校准装置

侯毅，柴艳丽，王剑昆，汤斌

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：为解决应用广泛的手持式数字万用表校准过度依赖人工的问题，依据JJF 1587-2016《数字多用表校准规范》，设计了手持式数字万用表自动校准装置。该校准装置通过机电系统实现了手持式数字万用表的工位控制、功能、量程切换及运动控制；通过视觉识别系统实现手持式数字万用表的数据读取；结合校准软件实现了8工位连续全自动校准。经实验验证表明：该装置提高了手持式数字万用表的校准工作效率，能够满足手持式数字万用表的校准需求。

关键词：手持式数字万用表；视觉识别；自动校准

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基于LabVIEW的热电偶动态特性测试系统

孔祥雪，赵俭，李亚晋

（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）

摘  要：随着航空技术的发展，对热电偶的动态特性评价提出了更高的要求。针对现有热电偶采集方案不能连续采集以及无法实时获取温度值的问题，设计了一套基于LabVIEW的热电偶动态特性测试系统，并与示波器采集方案进行数据比对。经试验验证，该测试系统可靠性高，自动化程度高，有效地提高了工作效率，为温度传感器相关性能的评价提供了支撑。

关键词：热电偶；动态特性；测试系统；LabVIEW

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