误差评价方法

2024-05-16

误差评价方法（精选九篇）

误差评价方法篇1

1电能计量装置运行误差分析

总的来说在电能计量装置发生误差的时候,并不是由单一方面引起的误差,其涉及的范围也非常广泛。在实践研究中发现电能计量装置出现误差主要是由三个方面导致的,包括电能表自身误差、互感器合成误差和二次压降误差。在对这三面误差进行深入研究中了解到其自身发生误差的规律和特点也存在一定差异,这就需要对这三种误差进行分别描述,并根据描述提出针对性解决方案。

1.1电能表误差分析。对于电能表来说其对电能核算过程起到非常重要的作用,针对于这种现象就需要对整个过程中的电能表进行深入研究。在研究中发现电能计量发生误差在很大程度上是由电能表自身误差导致的。针对于这种情况就需要对电能表自身发生误差的原因进行深入分析。

1.1.1制作工艺误差。不少制作商在进行电能表制造的时候,对材料的选取还存在很大不合理的地方,导致整个电能表的质量不能达到相应标准,进一步影响电能表自身使用性能。在发生这种情况的时候不仅仅会影响整个电能表的正常使用,对相应电能进行有效核算还存在阻碍作用。1.1.2负载影响。一般来说电能表在使用的时候需要按照相应标准进行,但是在实际使用的时候经常会出现测定的电流和电压能超过电能表规定标准,在发生这种情况的时候就会导致电能表因为被测量的电压和电流超过荷载而发生损坏,对电能计量的准确性也不能做到有效保障。1.1.3不正当使用。电能表自身功能主要就是对相应电能进行有效计量,因此在进行测量的时候就需要对整个装置自身状态进行有效核定。对于需要进行线路连接的过程还需要保证其连接的准确性,从而提升整个电能计量过程的准确性。但是在实际进行电能测量的时候往往忽视了这一点,引起电能计量存在一定误差。

1.2互感器合成误差分析。所谓的互感器合成主要包括电流互感器和电压互感器这两种互感装置的合成。要想全面保证在进行电能计量过程中涉及数据的准确信,就需要通过合理的方法减少这两项装置中存在的误差,另外在这个过程中还需要保证这两项装置的合成方法能够符合相应要求。有效减少误差的产生。

1.3二次压降误差分析。在这个过程中不仅仅需要对二次导线进行全面考虑,还需要保证线路工况和电网环境都能够符合电能计量的过程。但是实际进行电能计量的时候,经常会因为上述因素导致电能计量结果准确性不能合理保证。而且在对线路工况和电网环境进行深入分析中还发现影响电能计量全面实施的因素还比较多,因此这就需要进行电能核算的时候对其中存在的因素进行全面考虑,保证电能计量准确性得到有效提升。

2运行状态评价方法

目前,电能计量装置一般采取定期现场检验的方式,而应用在线监测系统是未来电能计量装置运行管理的发展趋势。本文所提的运行评价方法就是结合了现场实测和实时监测数据,对计量装置的运行状态进行评价,具体方法如下。

2.1状态量构成及权重

2.1.1状态量构成:主要由历史数据、运行、配置、工况环境构成。其中,工况环境包括:安装地点温湿度、电磁场干扰、颗粒物浓度、工作电源质量等,电网运行负荷性质、运行电压、频率波动、谐波、开关合闸频率、负荷变化、静电放电、雷击等。2.1.2状态量权重:将状态量按分类划分,整体比较各个分类对电能计量装置运行状态产生的不同大小的影响。视状态量对计量装置运行的影响程度,从轻到重分为四个等级,对应的权重分别为权重1、权重2、权重3、权重4,其系数为1、2、3、4。2.1.3状态量劣化程度:在不同程度的劣化情况下,相互比较各个状态量,对电能计量装置运行状态产生不同大小的影响。视状态量的劣化程度从轻到重分为四级,分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级。其对应的基本扣分值为2、4、6、8分。2.1.4状态量扣分值:值由状态量劣化程度和权重共同决定,即状态量应扣分值等于该状态量的基本扣分值乘以权重系数。状态量正常时不扣分。

2.2运行状态。将电能计量装置运行状态分为:正常状态、注意状态、异常状态和严重状态。

2.2.1正常状态:表示各状态量处于稳定且在规程规定的标准限值以内,可以正常运行。2.2.2注意状态:单项(或多项)状态量变化趋势朝接近标准限值方向发展,但未超过标准限值,应加强运行中的监视。2.2.3异常状态:单项状态量变化较大,已接近或略微超过标准限值,应监视运行并安排装置现场检验。

2.3状态评价。电能计量装置状态评价分为部件评价和整体评价两部分:

2.3.1电能计量装置部件状态评价:将电能计量装置分为电能表、PT、CT和二次回路四个部件构成。评价每个部件状态时,评价应同时考虑单项状态量的扣分和部件合计扣分情况,首先根据各部件的单项状态量扣分值进行确定,再考虑各部件的合计扣分。2.3.2电能计量装置整体状态评价:当所有部件评价为正常状态时,整体评价为正常状态;当任一部件状态为注意状态、异常状态或严重状态时,整体评价应为其中最严重的状态。

3电能计量装置检验策略

随着科技的发展,产品质量逐步提高,电能计量装置工作的稳定性、准确性也在不断提高。按照现行标准对电能计量装置进行周期现场检验,安全风险高,并且有时会产生不必要的浪费。所以,我们希望能在电能计量装置运行状态评估的基础上,有针对性地对某计量点电能计量装置现场检验周期进行延期或者提前,这样可以减少现场工作风险,带来更高的经济效益。

结束语

在实践研究中清楚了解到,在现在社会发展过程中进行的电能计量,对电网的正常运行起到不可忽视的作用。但是在实际进行电能计量的时候还存在一定误差,这些误差的出现不仅仅影响整个电能计量过程的准确性,对促使电网合理运行也产生一定阻碍作用,针对于此就需要采取有效的技术方法对其中存在的误差进行有效解决,从而达到提升电能计量准确性的目的。

摘要：要想保证供电双方的结算准确性,就需要对电能计量装置中运行误差做出合理规避。在实践研究中发现电能计量装置产生的误差并不由计算数据不准确这一方面决定的,其涉及的范围也非常广泛,针对于此就需要对电能计量装置中出现误差的原因进行全面分析,并根据分析结果提出有效解决措施。另外在这个过程中还需要涉及一定状态评价方法,保证数据控制计量能够有一定准则可以遵循,提升误差分析的完整性。

关键词：电能计量装置,运行误差,状态评价

参考文献

[1]杨峻,贾楠,曹钜,张.高压计量装置综合误差在线统计[J].青海电力,2011(S2).

外测弹道截断误差修正方法篇2

外测弹道截断误差修正方法

由于运载火箭飞行过程的复杂性,特别是多级发动机点火与多次关机的影响,采用曲线拟合平滑微分方法计算弹道参数不可避免地会有截断误差,对于位置和速度变化剧烈的弹道段,更是存在较大的截断误差.为能正确反映目标飞行轨迹,得到精确的.弹道参数,必须对其进行修正.结合航天靶场外测数据处理工作的实际,构建了一组适用于不同情况的截断误差修正算法,并利用实测数据仿真分析了本文方法的有效性和可行性.

作者：柴敏胡绍林郭小红 Chai Min Hu Shaolin Guo Xiaohong 作者单位：柴敏,郭小红,Chai Min,Guo Xiaohong(西安卫星测控中心,西安,710043)

胡绍林,Hu Shaolin(中国科学技术大学,合肥,230027)

刊名：导弹与航天运载技术 ISTIC PKU英文刊名：MISSILES AND SPACE VEHICLES 年，卷(期)： “”(5) 分类号：V475.1 关键词：运载火箭截断误差误差补偿弹道

误差评价方法篇3

一、基于误差转化误差的数学模型建立

建立数学模型可以在二维坐标内进行,曲线主要由是经过坐标的位移表述,平面变量根据x轴和y轴的变量进行位移变化,当然变量也会围绕z轴进行回归运动,但是这个过程较为复杂,因此在文中只对平面运动原理进行研究,然后通过平面扩展到空间.如图1所示,在进行研究过程中E0为理想状态,E为实际要素,P0、P分别为实际要素和理想要素的法向映射,在理想环境下需要建立相关的Frenet模型,其中{R,e1,e2}均为参数t的函数.在建立函数过程中需要建立相应的误差函数n=R+αe2.

其中,在该函数中n为R的变量,而α为R0的变量,通过这个公式可以将变量进行研究,观察各个变量之间的相互关系.

误差评定要满足最小条件准则,即在实际评定过程中需要将理想要素和实际要务最大误差的最小值进行确定,作为变量.如果在上述过程中满足最小条件,就需要将理想要素E0位置进行变动,通过这样的方式将T(α)作为回转运动群,将数据向着空间方向进行延伸,这样可以进一步将各项数据进行分析管理.如图2所示,当理想位置发生变动之后,P点向着P0*位置变动,而法线随之发生变化,由原来的P0*P变为P*P,因此法向误差也会出现变动,α=P0P变为Δ=P*P,将误差进行转化.

圆柱度误差是圆柱体圆度和素线之间的综合误差,因此在进行圆柱度误差测量的过程中需要在圆度仪上附加精密直线导轨和电子计算器等相应程序.在测量时借助仪器设备的长度传感器侧头将直线导轨测量截面进行分层设计,测得半径差,便于计算机按照最小条件确定圆柱度误差.数学模型的建立将数据更加具体化,使得圆柱与圆柱度误差评定更加精确.

二、圆度误差评定方法

圆度误差主要指在回转体同一截面内实际变量和理想变量之间存在的误差量,这个误差形成的过程如图3所示,因为圆度公差带在横截面内,半径差和公差之间的关系为同心圆指定区,因此圆度误差被规定在同心圆范围内.其中测量的中心点为O',也是主轴旋转中心,Pi为第n个采样点,而O为最小二乘法核心,坐标为(a,b),而R为最小二成圆的半径,这样可以从图形中将测量半径和偏心据进行确定,其中测量半径用ri表示,偏心据为OO→',偏心起始角用φ表示,θi为采样点变动形成直线与测量中心轴之间的角度变化.因此,可以将原因与采样点之间的测量差异ri=ecos(θi-φ)+槡(R+εi)2-e2sin2(θi-φ),因为偏心据一定是在圆的范围内,所以e≤R,同时-1≤sin(θ1-φ)≤1,通过上述已知条件可以近似求得εi=ri-R-ecos(θi-φ),根据最小二乘法的原理,可以将距离的平方和最小值进

三、圆柱度误差模型

四、结论分析

在进行汽车零件生产加工中,对于回转体零件使用性能造成影响的主要因素就是圆度误差和圆柱度误差,如果能够对工件的形状误差做出准确的判断和评定,可以进一步减少产品出现误收和误废,节约成本.因此,在进行零件生产和制造中设计合理的模型、提供更加精确的模型就显得尤为重要,对于提升制造效果意义重大.

五、结束语

综上所述,建立相应的误差评定数学模型,采用遗传优化算法规划出符合最小评定要求的曲轴颈行为误差,解决了理想要素位置参数的不准确问题,建立相关数学模型监测数据平台,针对实际机械制造中的数据,代入数学模型中计算出最小误差方式,将各项最小误差进行计算,保证了整体机械设备进一步完善,使后期机械使用更加安全.

参考文献

[1]张学昌,梁涛,张旭,王营营,杨仁民.基于误差转换的汽车曲轴圆度及圆柱度误差评价数学模型构建研究[J].机械工程学报,2016(02):91-98.

[2]梁涛.基于图像域的发动机曲轴轴颈形状误差自动检测研究[D].杭州:浙江大学,2014.

误差评价方法篇4

为解决雷测数据中的.随机误差分离问题,本文建立了雷测数据自由节点B样条非线性最小二乘表示的数学模型,介绍了确定样条节点数的方法,将弹道参数的求解问题分解为线性最小二乘的参数估计问题和非线性优化的求解问题,并通过求解最优节点和弹道参数实现了测量数据野值点的剔除、重构和随机误差分离.工程实践表明,该方法简化了数据处理过程,有效地提高了雷达准实时数据处理的精度.

作者：张广兴吴振军作者单位：92941部队,辽宁,葫芦岛,125000 刊名：飞行器测控学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF SPACECRAFT TT&C TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 28(5) 分类号：V557 关键词：准实时数据处理自由节点最小二乘拟合随机误差野值

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误差评价方法篇5

关键词：水文测验,误差分析,建议

0 引言

误差是计量工作者为表达测量结果所常用的一种专业术语, 但在不同的历史时期和使用领域其也会表现出不同的内容。如果水文测验误差控制不好, 就会造成严重负面影响。当前, 一些国际组织和行业规范条例中对误差进行了明确定义, 即:测量结果减去被测量的真值。此定义如需和相对误差进行区别时, 则可将其称为绝对误差, 也可称为误差的模, 在实际工作中, 它在记录文档中只是以符号形式出现, 有时可能再用正负号加注[1]。在绝对真值不能确定的情况下, 工作人员通常会用约定真值代替, 但不能因此就等同这2个概念, 真正的误差是客观存在的、真实的差别, 且是确定的值。对误差真值的寻找是一个比较困难、细致的工作, 需有足够的耐心去进行。另外, 不能混淆误差和不确定度这2个概念在具体工作中的应用, 它们有着截然不同的内在区别。假如:在测量的程序、外部条件不相同的情况下, 对同一对象的测量结果相同, 就称为误差相同;如程序、条件、对象均相同, 但重复测量的结果不同, 则说明其中有不确定度。

1 细化水文测验工作的误差

1.1 伪误差

伪误差主要是由于测量设备故障或测量人员粗心产生的误差。如测量人员的人为原因造成对信息数据的错误测量、读错、记错、计算错等问题, 对待这些问题, 只要在测量工作中能用认真、细心的态度去进行, 伪误差现象是不容易出现的。为保证测量结果的准确性, 每次测量完成时需对测量结果进行检查、验算, 从而能及时发现问题、及时纠正问题[2]。只有这样, 才能保证水文测量结果的准确性、权威性。

1.2 流速仪测量误差

在进行测流时, 流速仪法是常用的一种测流方法, 除了可用来进行常规测验外, 还可对其它测流方法进行校验, 测量精度高。但在实际测验过程中, 受水面宽、水深、流速等测验因素的影响, 很容易出现误差[3]。所以, 分析流速仪的测量误差具有重要意义。根据断面流量定义, 则有:

式 (1) 中, Q为全断面流量, m3/s;V (x, y) 为断面坐标 (x、y) 处流速, m/s;A为测验断面面积, m2;d为真误差。

因测验设备或测验条件中特定因素的系统影响, 而导致了测验结果的错误, 人们常把此称为系统误差。多次对相同条件下的某个点位进行测验, 其结果也不尽相同, 系统误差随之变化, 有时还呈一定的特定规律性变化。而在同条件和程序下的测验结果的变化也属系统误差, 且其在数值的表现上呈函数的规律化表现[4]。具体的影响因素多种多样, 以下分析的是常出现的几种现象。在实际测验过程中, 为能达到更接近系统真值的效果, 测量者在相同条件下无限次地对同一量测验, 用测验结果的平均值比对系统真值就得到了差, 从而得出修正值, 通过修正值对系统误差的有限补偿, 使系统误差的模最大程度缩小, 测验结果更加真实。

1.3 偶然性误差

各种突发性因素对测验结果造成的影响, 在水文测验中是常有的事情, 业内人士称此为偶然误差或随机误差。偶然误差在实际应用中有着不定时的规律特点, 即有着一定的统计规律。

2 分析水文测验的误差

2.1 自然因素的误差及解决方法

2.1.1 自然因素造成的误差

水文测验就是人类为寻找自然规律、适应自然而所作的具体工作。这项工作由于地域广、条件差、工作量大, 使得测验工作难度显增, 因此, 要求测验人员知识专业、经验丰富、工作敬业, 唯有这样, 测出的结果才能更正确、更真实, 依此为国家制定的经济决策也就更加客观。

2.1.2 测验工作受到地形因素的影响

由于中国地貌千姿百态, 河流山川纵横交错, 因此水文测验工作异常艰险, 测验人员需熟悉测验流域内的地形、具备专业素质过硬的能力, 在工作中认真、严谨, 争取做出最佳的测验成绩, 为国家经济建设提供最可靠的参考。此外, 测验人员还要根据水文误差对资料进行整理和总结。

2.1.3 温带季风气候是中国的主要气候

通常中国的降水和水流域的变化都会受气候影响。以北方来说:四季分明, 雨季和旱季鲜明, 导致河流流量随之而变化, 这就增加了测验工作的难度, 因此要求水文工作者按照当时的气候状况, 精确分析各种数据。另一个问题不可小视, 那就是流域的泥沙量跟随气候的变化而变化, 泥沙会对水文测验数值产生很大影响, 从而出现测验误差, 对此, 建议使用先进的电子仪器进行测算, 借用其精密的测验数据, 再加上工作人员的反复测试, 测验结果一定会相当准确。

2.2 人为因素造成水文误差和善后

过去, 许多发达国家以牺牲环境换取了经济的发展。如今, 各国在发展经济之前首先考虑的是不能破坏环境。破坏自然的人为因素也会造成水文测验的误差。如人为的乱排、乱放, 造成水域污染, 生活垃圾会堵塞河道, 使河水流量不稳定, 因此水文测验的数值就不会准确, 对水量和形式的估算也有很大困难。对此, 水文工作者:

a) 要熟悉河流水流规律, 用测验的河流变化数据和河流在雨季及旱季水流的变化情况估算出水文数值;

b) 把最先进的新型科技成果运用到水文测验中。每个水文工作者必须熟知各种高科技测量技术、多媒体技术和信息网络技术, 让这些技术为水文测验工作服务, 从而达到水文测验工作的高速、高质、高量效果, 使此项工作带来革命性飞跃[5]。

2.3 分析和解决悬移质泥沙对测验工作的影响

悬移质误差主要指的是使用输沙率和其它水文要素建立相应的关系, 然后根据这一关系将输沙率的变化情况计算出来, 进行计算时, 主要使用下述公式进行计算:

式 (2) 中, Qs为断面输沙率, kg/s;Csm1、Csm2、…Csmn分别为各取样垂线的垂线平均含沙量, kg/m3;q0、q1、…qn分别为各取样垂线的部分流量, m3/s。

悬移质泥沙测验时, 主要存在以下两种误差, 即随机误差和系统误差。究其原因, 泥沙测验仪器与垂线泥沙取样方法的不同及水样处理受到泥沙脉动的影响而不同。在实际工作中, 为减少误差, 工作人员总结出了以下方法进行应对:

a) 根据实际工作经验, 在测验前, 首先对仪器进行选择:即管嘴积沙不多、管壁黏沙较少、灌注较为平稳的测量仪器, 之后需对仪器作率定试验, 从而减少误差值;

b) 使用光电浊度仪且结合烘干称重法, 反复检验实验结果, 用最后的均值作为测验的模;

c) 在同一测验垂线上观察泥沙测验和测流测速试验, 这样可在层次和时间上达到一致, 使观察更清晰准确, 从而使测验数值更接近真实数值;

d) 为降低泥沙脉动所带来的测验误差, 建议还可采用积时式采样器对泥沙进行沉淀处理, 然后进行测验即可;

e) 将泥沙水放到方形玻璃容器中, 待沉淀后, 从测沙面来计算垂直线的数量, 在垂线位置均匀的情况下, 断面含沙量的变化情况就一目了然。

3 结语

在进行水文测验时, 信息数据在整理采集过程中, 会产生一定的误差。虽然误差不可避免, 但为了进一步提升水文测验结果的准确性, 需对水文测验工作中的误差因素进行分析, 保证水文测验工作的实效性, 确保水资源管理工程顺利开展。

参考文献

[1]欧凌翟.水文测验中误差问题的思考[J].城市建设理论研究, 2012 (6) :31-32.

[2]李双伟.水文测验误差分析及对策[J].科技创新与应用, 2013 (13) :154.

[3]邓英春.关于水文测验中误差问题的思考[J].水利技术监督, 2005 (1) :27-31.

[4]谢富东.新疆玛纳斯河悬移质泥沙测验解析[J].水利规划与设计, 2015 (3) :54-56.

误差评价方法篇6

1 体育综合评价中误差分析的意义和价值

1.1 误差分析的理论意义

在理论研究领域,体育综合评价中有关评价误差的相关研究还处于起步和探索阶段,尚未引起广大专家和学者的普遍关注,体育评价实施开展的科学性问题并未在体育学术界引起足够重视,还没有研究者系统地对体育综合评价过程中误差存在问题进行较为详细的探究分析和讨论。

1.2 误差分析的应用价值

在体育综合评价过程中,通过误差分析旨在:评价理论准备阶段,使得评价指标的初选、筛选,评价指标的赋权,评价标准方法的选择更为简明合理;评价数据获取阶段,使得主观评分获取的评价数据、客观测量获取的评价数据更加接近评价对象的真实情况;评价数据处理阶段,使得定性指标的量化过程、评价结果的标准化过程更加科学可靠。

2 体育综合评价实施开展中误差分析研究现状

有众多学者从不同视角对体育综合评价实施开展中的一些评价问题进行分析研究,且成果丰富,有较强的应用价值,但是部分学者撰文过多集中于对评价本身的阐述和使用方法的讨论层面,其中有:

郭亚军在其编写的《综合评价理论与方法》(科学出版社)一书中指出:构成综合评价的要素有:被评价对象、评价指标、权重系数、综合评价模型、评价者。综合评价的一般步骤是明确评价目的、确定被评价对象、建立评价指标体系、指标的若干预处理、建立与各项评价指标相对应的权重系数、选择或构造综合评价模型、计算各系统的综合评价值并进行排序或分类、结合各评价阶段找出评价指标选择、赋权的方法等。

厦门大学苏为华教授在其博士学位论文《多指标综合评价理论与方法问题研究》(2000年)一文中,对近些来多指标综合评价理论研究与应用成果进行系统全面的总结,同时对多指标综合评价技术中的有关理论与方法给予了理论意义下的论证。对评价的物理过程、评价指标的构建方法、评价指标赋权方法及各种常用的多元统计方法作出了较为详细的阐述。

北京体育大学赵书祥在其博士学位论文《我国体育领域中综合评价理论与方法及实证的研究》(2008年)一文中利用多指标综合评价这一学科领域的基本理论和方法对体育综合评价领域的基本问题和现状进行深入全面的研究,构建了体育领域综合评价学科的基本研究内容与整体框架,论文提出:通过文献资料研究找出体育综合评价存在的具体问题;体育领域研究中各种类型指标数据的一致化方法的比较;体育领域研究中各种常用综合评价方法的比较;体育领域研究中各种常用综合评价方法的实证分析与比较。

西北师范大学刘著在其硕士学位论文《陕西省高校男子短跑运动员专项心理能力与运动成绩的相关研究———兼论专项心理能力选材指标体系和评价标准的建立》(2004年)一文中综合运用因子分析法、灰色关联分析法、回归分析法等对陕西省高校男子短跑运动员的专项心理能力指标与运动员成绩的相关性进行分析讨论,建立了陕西省高校男子短跑运动员专项心理能力选材指标体系及相应的评价标准。

通过这些书籍资料的整理:在体育综合评价实施开展的过程中,有关评价指标选择、指标处理、评价实施等讨论的文献众多,这里不再一一例举。但是,值得注意的是,在现有文献资料中,集中于讨论评价各环节所采用方法选择,提到了因使用的不同方法在应用中存在的局限性及注意事项,但是缺乏因方法使用的局限性而产生的误差存在的原因、误差处理及误差控制手段进行更深层次的讨论。

3 体育综合评价中误差分析面临的问题

翻阅中国期刊网及专业文献书籍资料发现:目前体育综合评价实施过程中有关误差分析研究的内容较少,且成果不多。经过多次较为细致的筛选,安徽师范大学王运良在其硕士学位论文《体育评价中值得注意的问题及处理措施》(2007年)中指出:体育评价大多是多指标的综合评价,但在多指标综合评价中,有关评价指标筛选、权重分配以及评价标准是否客观、有效,评价方法应用的是否恰当以及应用的局限性和其改进办法等方面缺乏必要的研究,重点提及:评价误差和评价质量方面以及评价误差的检验与控制方面的问题。提出评价误差主要包括评价体育测量过程中的误差(第Ⅰ过程误差)和评价判断过程中的误差(第II过程误差)。并对这两种误差含义给予了一定的描述,对第I过程误差和第Ⅱ过程误差的种类、误差的检测提出了相应方法。但是有关误差分析部分在其硕士学位论文中仅占较小篇幅,并且没有对两个过程中关于误差的来源、度量及减小或控制误差方法进行过多讨论。

本课题针对以上所述研究现状及问题,根据误差理论知识,依据体育综合评价开展实施的过程,对体育综合评价开展实施的主要阶段产生的误差原因、误差度量及误差控制等进行讨论分析,试给出相应环节误差的处理方法,目的在于提高体育综合评价各环节的准确性、客观性和有效性,以增加体育综合评价的科学性。

4 结论

课题明确了现阶段体育综合评价开展实施中引入误差分析是必要的也是可行的,给出了体育者评价开展实施过程中引入误差分析的理论意义和应用价值,同时对体育综合评价实施开展中有关误差分析的研究现状和面临问题作出了阐述。研究结果表明,体育综合评价实施过程中有关误差分析部分应当引起专家学者足够的重视。

参考文献

[1]费业泰.误差理论与数据处理[M].合肥:合肥工业大学出版社,2004:1-4.

[2]郭亚军.综合评价理论与方法[M].北京:科学出版社,2000:3.

[3]苏为华.多指标综合评价理论与方法问题研究[D].厦门:厦门大学,2000.

[4]赵书祥.我国体育领域中综合评价理论与方法及实证的研究[D].北京体育大学,2008.

[5]王运良.体育评价中值得注意的问题及其处理措施[D].芜湖:安徽师范大学,2007:29-31.

误差评价方法篇7

目前对光电经纬仪电视、红外跟踪伺服系统性能室内检测方法主要有光学动态靶标检测、等效正弦引导检测两种方法[1]。光学动态靶标只能提供近似正弦运动目标,而非等效正弦目标,目标运动的高阶导数很大,无法真实检测和有效评价光电设备的跟踪性能。而等效正弦检测没有相关的检测设备只能通过被检设备的数据引导完成,亦不能直接检测电视跟踪系统动态跟踪性能。

本文提出了建立光电经纬仪跟踪误差等效模型,并利用等效模型根据光电经纬仪指标要求设计等效正弦信号[2]作为测试信号输入到所建立的模型中得到等效跟踪误差并据此评价其跟踪性能的检测方法。跟踪误差等效模型采用了BP网络结构。为了准确建立跟踪误差等效模型,需要对光电经纬仪动态特性进行连续激励来获取满足系统辨识条件的辨识样本,提出采用动态靶标目标做连续调频运动来获取BP神经网络的训练样本。文中通过仿真和试验,验证了利用该方法对光电经纬仪跟踪性能评价的可行性。

1 跟踪误差等效模型辨识原理、试验设计

1.1 系统辨识原理

所谓辨识就是通过测取研究对象在人为输入作用下的输出响应,或设备正常运行时的输入输出数据记录,加以必要的数据处理和数学计算得出研究对象的数学模型[3]。

在对光电经纬仪伺服系统进行辨识过程中只关心系统的整体特性,则把整个光电经纬仪看成一个“黑盒”。输入信息为目标信号,目前室内检测时有效的信号只有动态靶标模拟目标,输出则为跟踪方位或俯仰方向的跟踪误差(本文为叙说方便仅以方位角为例进行描述),则辨识原理如图1。

1.2 辨识实验条件

对光电经纬仪跟踪误差等效模型进行辨识,需要满足一定的条件,主要包括输入输出信号可测量、采样时间、辨识时间(数据长度)、开环或闭环辨识等问题。

为使获得的辨识样本满足系统辨识要求,要求输入信号能够对光电经纬仪的动态特性持续激励[4]。而目前利用动态靶标检测时目标多工作在匀速圆周运动状态,运动速率恒定、频率单一,不能满足系统辨识所需的输入信号要求,为此提出了动态靶标连续调频运动模型。图2是动态靶标与光电经纬仪空间运动关系。动态靶标在垂直于OR轴线的平面内作圆周运动。由球面三角定理可得方位角A、俯仰角E将随θ=ω按式(1)、式(2)变化:

动态靶标目标连续调频运动模型就是动态靶标在运动过程中使ω按照一定的规律变化,比如按式(3)变化。α和β为常数,根据被检设备的指标具体设置。

利用动态靶标产生连续调频运动目标对某型号光电经纬仪进行跟踪检测,得到的光电经纬仪方位角轨迹和方位跟踪误差如图3所示。此时α=0.251 3,β=0.001 9。

通过上述方法即可获得满足辨识要求[5]的可测输入输出信号。

1.3 仿真设计

以目前广泛使用的Math Works公司的MATLAB/SIMULINK软件,以某一光电经纬仪伺服系统实际参数为基础进行等效模型参数辨识仿真试验。仿真由动态靶标产生连续调频的方位角信号用于等效模型参数的辨识,由等效正弦信号和动态靶标匀速圆周运动信号输入到光电经纬仪模型产生跟踪误差用于等效模型精度验证。图4是SIMULINK仿真框图。图中,ωt为动态靶标旋转角度信号,Model of target为动态靶标仿真模型,φsin(ω't)是等效正弦信号,1、2为切换开关,n(k)为系统噪声信号序列,ZOH为零阶保持器,Err(k)为跟踪误差序列,Z(k)为跟踪角度输出序列,Gp(s)、Gv(s)分别为光电经纬仪伺服控制系统位置校正环节和速度校正环节,G0(s)为速度回路控制对象特性。为与目前多数光电经纬仪电视传感器采样时间一致,采样时间间隔取0.02 s。

2 基于BP网络结构的辨识、建模

神经网络具有任意逼近线性、非线性函数的能力,三层BP(Back Propagation Network)网理论上可以逼近任意函数,在系统辨识方面获得了广泛使用。本文采用了带有LM(Levenberg-Marquardt)算法的BP网络进行了辨识、建模。

由于光电经纬仪跟踪伺服系统本质上是线性的,而输出信号中含有白噪声信号,BP网的隐含层、输出层均采用纯线性传输函数,辨识采用串并行结构。同时为提高泛化能力和模型收敛性,模型选择FIR结构。由于BP网络本身是前向静态的,为体现其动态特性,采用u(t)及其延迟作为输入[6],神经网络辨识模型[7,8]如图5所示。被辨识对象的输入u(t)和神经网络模型本身的输出yˆ(t)关系可用(4)表示。

其中R为输入信号维数。

BP网的传输函数均采用线性函数,则:

原始的BP算法是梯度下降法[9],但是收敛速度很慢,需要对其算法进行改进。本文采用的LM算法[10]是一种利用标准的数值优化技术的快速算法,它是梯度下降法与高斯-牛顿法的结合。下面对LM算法进行简要说明。

设x(k)表示神经网络某层第k次迭代的权值和阈值所组成的向量,新的权值和阈值组成的向量x(k+)1可根据下面的规则求得

对于牛顿法则

式中:∇2E(x)表示误差指标函数E(x)的Hessian矩阵,∇E(x)表示梯度。

设误差指标函数为

式(7)中e(x)为误差,那么

在式(8)、式(9)中,S(x)=∑Ni=1ei(x)∇2ei(x),计算过程中通常被省略;J(x)为Jacobian矩阵,即

对于高斯-牛顿法的计算法则有

LM算法是一种改进的高斯-牛顿法,它的形式为

式(12)中比例系数μ>0,为常数;I是单位矩阵。

从式(12)可看出,如果比例系数μ=0,则为高斯-牛顿法;如果μ取值很大,则LM算法接近梯度下降法,每迭代成功一步,则μ减小一些,这样在接近误差目标的时候,逐渐与高斯-牛顿法相似。计算步骤:

a)给出训练误差允许值ε、β、μ0,以及初始化权值和阈值向量x0,令k=0,μ=μ0;

b)计算网络输出及误差e(x);

c)按(10)式计算Jacobian矩阵J(x);

d)分别按式(11)、式(7)计算Δx和E(x(k));

e)若E(x(k))<ε,转到g);否则,以x(k+)1为权值和阈值计算误差指标函数E(x(k+)1)=x(k+)1E(x(k));

f)若E(x(k+)1)

g)停止。

3 BP网络训练及模型测试

设置动态靶标调频参数,使ω=2π(0.04+0.000 1t),将开关设置到1位置。仿真时间500 s,来获得充足的神经网络训练样本。输入数据为方位角及其延迟信号,而输出为等效跟踪误差,选择BP网络的输入层R=18,隐含层单元个数S1为4个,输出层单元个数S2为1个。训练次数取5 000次,训练误差取1e-07,学习效率取0.001。

采用图4所建模型进行仿真500 s,采样时间0.02 s,按照所设BP网络模型输入样本要求获取了20 000组样本,从中随机选取4 000组作为训练样本对模型进行训练。训练误差随着训练次数的变化曲线如图6所示。此时输出值的估计误差曲线如图7所示。经过5 000次的训练之后训练误差没有达到设定值,但此时模型输出误差由图7可知已经很小。

下面对训练模型进行测试来验证是否满足跟踪误差等效模型精度要求。该光电经纬仪的最大速度和最大加速度指标分别为50(°/s)和30(°/s2)。根据图4的仿真结构,进行仿真试验。输入数据分别是周期T=8.5 s动态靶标模型设置为匀速圆周运动模式和幅值1.454 4,角频率0.6的等效正弦信号。采样时间0.02 s,共得到20 000个测试样本。测试的神经网络模型估计输出与光电经纬仪仿真跟踪误差输出比较的估计误差曲线分别如图8、9。由图8、9可得动态靶标信号测试时,其等效模型输出估计平均误差为0,标准差约为5.76″,光电经纬仪跟踪误差一般要求1'到3',满足检测精度要求。等效正弦测试信号输出估计平均误差为0,最大误差3.6″,标准差1.6″,满足检测精度要求并优于动态靶标模型。

分别将等效正弦和匀速动态靶标信号输入辨识得到的跟踪误差等效模型中,得到的跟踪误差曲线如图10所示,可以发现无论是跟踪最大误差还是标准差指标,等效正弦信号均优于动态靶标信号,说明了动态靶标模型用于光电经纬仪检测的不合理性。

对某型号光电经纬仪按照上述方法进行了室内检测来验证该方法和对光电经纬仪跟踪性能做出评价。该光电经纬仪最大速度和最大及速度指标分别是35(°/s)和25(°/s2),跟踪误差小于2'。

首先利用动态靶标产生连续调频信号,调频参数设α=0.251 3,β=0.001 9。光电经纬仪跟踪动态靶标模拟目标获得辨识数据样本,数据模型示意图如图3所示。

网络模型结构与上文相同,学习效率取0.01,训练79步时模型梯度达到最小值,学习训练结束,此时训练误差为4.236e-05。此时建立了跟踪误差等效模型。根据此光电经纬仪的速度、加速度指标要求设计了等效正弦测试信号:

对信号进行0.02 s时间采样获得测试样本,并分别输入到训练得到的BP网络模型中,得到模拟跟踪误差,如图11所示。由图11可得,跟踪误差最大值1.43′,均方差1′,建立了光电经纬仪跟踪误差等效模型,并对光电经纬仪的跟踪性能做出了准确评价。

4 结论

本文提出了采用BP网络结构辨识出光电经纬仪跟踪误差等效模型,再利用等效模型来对光电经纬仪跟踪性能进行评价的新方法。该方法有效的结合了目前光学动态靶标检测法和等效正弦检测法,并互补了其缺陷,形成了一种新的跟踪性能评价策略。仿真和试验表明,该方法可以得到更加准确、合理的光电经纬仪跟踪性能评价结果。限于目前的室内检测手段,文中将动态靶标目标信号当作理想状态建立了跟踪误差等效模型。但实际的靶标目标信号存在误差和噪声,因此需要进一步对动态靶标目标信号进行误差分析和滤波去噪,来得到更准确的跟踪误差等效模型。

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误差评价方法篇8

波片在涉及偏振光的很多场合中都有广泛应用,其位相延迟在很大程度上会影响系统的性能[1]。目前常用的测量方法中,主要有椭偏测量法(如旋转消光法),偏振调制法(如电光调制[2],旋转检偏器[3]),内差外差干涉法[4],非线性光学法[5]以及场增强响应法[6]等几类。通常这些方法设备比较复杂,多数对方向角的调整要求很高,或需要精确测量角度;部分方法最终的被测量是光强,要受到光电接收器线性度等因素影响。并且,它们的测量精度有限,一般为10-2λ~10-3λ,而且,很多方法只适用于四分之一波片而不能用于半波片等的检测。一种方便测量波片的方法是利用激光回馈时的偏振跳变现象[7],系统结构简单,可以实现在线测量,不足在于其精度只有约0.3°。

激光频率分裂可以用来测量波片位相延迟。由于采用激光频差作为被测量,不需要测量角度和光强,这种方法能够获得高分辨率和精度[8],并且系统结构简单,调整方便。为克服测量半波片时的频差闭锁效应,我们改进了测量方案,从而实现了对包括四分之一波片和半波片在内的任意位相延迟的波片进行测量(632.8 nm波长下)[9]。本文将在激光频率测波片研究基础上,对其中的误差源进行分析,并针对两项系统误差给出补偿方案,从而进一步提高测量精度。然后通过测量多个样品波片,评价系统的性能指标。

1 波片测量原理

激光频率分裂测波片系统如图1所示。其中半外腔He-Ne激光器工作在632.8 nm波长下。凹面反射镜和增透窗片(Window)构成激光增益管;平面反射镜同凹面镜形成激光谐振腔。压电陶瓷PZT可以驱动平面镜以调谐激光腔长。待测波片垂直放入窗片和平面镜之间的空腔中。激光器从凹面镜上输出光经过渥拉斯顿棱镜后,按偏振态不同分成两束,分别由两个光电探测器接收光强大小;平面镜上输出光经过通光方向与激光偏振方向成45°角放置的偏振片形成光拍,拍频的频率(即分裂模的频差)由雪崩光电二极管探测,并由高频放大器放大后传输到频率计读出。整个测量装置由计算机程序控制,它通过控制电箱产生高压直流信号驱动PZT,并记录控制电箱接收的光电池信号和频率计输入的频差值。

为了克服测量半/全波片时出现的频差闭锁效应,系统针对不同位相延迟的波片分别采用不同的方法测量[9]。测量时,首先将待测波片放入谐振腔内,使其快慢轴平行于激光偏振方向。由PZT伸长驱动腔镜调谐腔长,计算机接收光电池探测的光强并显示。如果在腔长调谐过程中未出现模式跳变现象[8],则改变腔长使两偏振光达到等光强点,读取此时频差大小和温度值。继续驱动PZT达到第二个等光强点,读取频差和温度并记录。然后根据两次测量的频差判别:如果两频差之和约为一倍纵模间隔,采用频率分裂法测量;如果两频差之和约为两倍纵模间隔,则采用纵模间隔比较法测量半/全波片。如果腔长调谐过程中出现模式跳变现象,则采用附加波片偏置法测量。最后对测量结果进行判定,并补偿系统误差,得到波片的实际位相延迟,同时给出测量时的温度。这样,可以在一套系统上实现对任意位相延迟波片的测量。

2 测量误差分析

垂直波片入射的光波可分解为传播路径相同但振动方向正交的两个分量:寻常光(o光)和非寻常光(e光)。它们的传播速度不同,通过波片后产生的位相延迟(即波片的位相延迟)为

式中:波片厚度为d,入射平面单色光的波长为λ,o光折射率为no,e光折射率为ne。采用激光频率分裂技术测量波片位相延迟[10],四分之一波片和半波片的位相延迟可以分别表示为

式中:Δv和Δv′分别为同级分裂模和相邻级分裂模频差,δ1和δ2为激光两相邻纵模间隔。这样,测量激光频差就可以得到波片的位相延迟。下面将分析各项误差因素,补偿系统误差,并最终评定系统的综合误差。

2.1 激光器初始位相延迟

在激光器内,增益介质不均一性,腔内元件残余应力引起的双折射效应,以及光学薄膜的各向异性等,会给测量结果带来系统误差。通常其引入的等效位相延迟约0.1°~1°,必须进行补偿。具体方法是:在未放入波片前,先测量激光器各向异性引入的初始位相延迟Δφr,作为零值误差;测量波片时,使其快/慢轴沿激光本征偏振方向放入,然后在测量结束后从最终结果中减去Δφr,得到补偿后的波片位相延迟。对Δφr测量可以采用纵模间隔比较法,例如对应用到系统的一只激光器的测量值为Δφr=0.112°,是系统误差修正值。

测量时波片无法与激光偏振方向严格平行,放入波片后,通过观察图1中Wollaston棱镜分出的两线偏光是否有消光位置,可以使波片快轴与激光本征偏振方向的夹角小于2.5°。这样进行系统误差补偿后还会引入残余误差。考虑到Δφr实际测量精度约0.2′,根据下面2.5节的分析方法,可以计算:从测量结果中减去补偿值Δφr后,残余误差小于0.19′。

2.2 波片非对正误差

当波片沿激光轴线严格对正后,会发生频差调谐异常现象,严重影响测量精度[9]。如果调整波片相对于激光轴线倾斜一个小角度θ,可以消除频差调谐异常。但这样会引入波片非对正误差。根据产生θ角所绕旋转轴的不同,这种入射角度误差可以分为两种:旋转轴平行于快轴,或者平行于慢轴。对于石英波片,光轴为其快轴方向,上述两种情况下波片倾斜后其位相延迟与式(1)的差都可表示为[11]

其中:ϕ1和ϕ2分别为o光和e光在波片内的折射角。当波片沿慢轴旋转时,相应的折射率为n1=no,n2=ne;而当快轴旋转时,折射率为

对于零级波片,θ不大时引起的测量误差影响很小。但是对于较厚的多级波片,例如1.5 mm厚,如果θ=1°,相应的有Δφa=0.48°,已经很大了,需要进行误差补偿。实际可以使波片沿慢轴方向相对于激光轴线倾斜约1 5′,根据式(3)以及波片厚度,计算由此引入的系统误差,然后在最终结果中减去。实际中采用平行光管测量倾斜角θ,误差可以保证±.0 5′。估算一下,如果θ=15′±.05′,对于零级1/4波片,误差补偿后残余误差约0.003′,可以忽略;对于多级波片,如厚度d=.15mm,则残余误差为02.4′,也比较小。

2.3 激光波长漂移

由于波片的位相延迟是对应于特定波长的,当测量光束的波长偏离标称值时,也会影响测量结果。波长的影响有两方面:一是石英晶体的色散,即折射率随波长变化;二是波长变化引起位相延迟变化。对式(1)进行微分,这两种变化引起波片位相延迟的改变可表示为

其中:(ne-no)λ,(ne-no)Δλ为石英在波长λ时的主折射率差和波长改变Δλ后主折射率差的变化率。

激光频率分裂测波片给出的是He-Ne激光器中心波长λc下的位相延迟。实际测量时,由于腔长调谐,振荡频率偏离原子跃迁的中心频率vc并扫过出光带,对应的激光工作波长会有微小变化。估计一下,激光器的出光带宽约为1 000 MHz,而纵模间隔δ=800MHz。测量过程中调谐激光腔长,频率变化为δ;则相应的波长改变量为1.1×10-3 nm。在这么小的变动范围内,折射率差的变化很小。如根据石英晶体在632.8 nm波长附近的色散系数[12],可以估计波长改变引起折射率差的相对变化量为-7.6×10-7。考虑上述因素,由式(4)估算位相延迟相对误差为:Δφ/φ≈16.×10-6。对于石英零级四分之一波片和半波片,引入的误差分别为0.5″和1″;对于厚度为1.5 mm的多级波片,这种误差相应增大到0.74′。

2.4 激光频差调谐

激光增益介质的非线性效应会使实际频差偏离空腔谐振频差,给测量结果带来误差。根据第1节,当光强探测器判断激光达到等光强点时读取频差值。这样,频差测量误差可以分为两种:(a)在等光强点处频差本身偏离空腔谐振腔值,带来系统误差;(b)利用光强信号寻找工作点位置不准,带来随机误差。对于前者,由于偏差量跟频差大小成正比,根据式(2),两频差相比后,引起的系统误差可以抵消,并不影响波片测量结果;对于后者,对式(2)微分,可得四分之一波片和半波片位相延迟的变动量分别为

考虑到测量时,判断等光强点的阈值电压通常设为0.1 V。在此范围内,四分之一波片的频差调谐量约20 k Hz;而半波片的频差调谐约40 k Hz。代入式(5)可以估计:对于四分之一波片由于频差调谐导致的随机误差极限值约0.27′,而对于半波片,这种随机误差的极限值约0.54′。

2.5 波片快轴夹角误差

用附加波片偏置法测半波片时,需要调整附加波片和被测波片快轴重合。如果两波片快轴之间有夹角,会引入误差。由于两波片可以等效为一个波片和一个旋光器,而旋光器不会在两个振荡模式之间引入位相延迟,则激光分裂频差只跟等效波片有关。根据Jones矩阵,两波片的等效位相延迟可以表示为[9]

其中:ψ1,ψ2为两波片快轴方位角;1φ,φ2为两波片位相延迟,φ′为等效波片的位相延迟。如果用90°波片作为附加波片,根据式(6),则附加波片和半波片等效位相延迟随两快轴夹角越大,偏差也越大;而随半波片偏离180°越大,相同夹角下位相延迟偏差也越大。例如:对于182°波片,两快轴夹角±3°引起的等效位相延迟与两波片位相延迟之和的偏差为0.011°。所以在采用偏置法时,一般要保证波片快轴夹角小于3°。

2.6 噪声及其他环境扰动

在测量中,系统的机械结构不稳定和空气扰动等因素会使测量光路和关键部件变动,进而激光谐振腔,振荡频率和频差会发生随机变化。同时,光电探测器存在量子噪声,电源偏移等干扰因素。这些漂移因素的影响已经分别包含在波片位置导致的误差、波长漂移导致的误差和频差调谐引起的误差中了。

2.7 误差的综合评定

综合上述误差因素,可以计算波片测量仪总的测量不确定度为

式中:Δφi为各因素引起的测量误差。将上述极限值代入,可以得到:对于多级波片(厚度为1.5 mm),测量不确定度为1′;按照误差最大化方法进行合成,则约为1.7′,对于零级波片为0.8′。

3 系统性能评价

补偿系统误差后,利用激光频率分裂可以测量任意位相差的波片。下面将给出针对不同波片样品的测量结果,并对系统的性能进行实验评估。

3.1 使波片沿激光轴线倾斜小角度以提高测量精度

根据2.2节的分析,波片沿激光轴线对正后会形成子谐振腔,会使分裂模产生频差调谐异常现象,测量结果也因此变得很糟[9]。下面对子谐振腔效应影响波片测量精度进行实验验证。图2分别对比波片(标称值为127.4°,厚度约0.36 mm)相对于激光轴线完全准直和倾斜小角度两种情况下的测量结果。

其中当波片完全对正时(A,B区),波片位相延迟的测量结果变动很大,多次测量变动幅度最大约1.1°,测量不确定度变得很差:A区中σ=0.353°,B区中σ=0.330°。而当波片倾斜1 5′后(C区),测量结果变动范围很小,幅度不超过0.02°。C中标准差仅为σ=0.004°,比对正情况下小约两个数级,图2(b)中给出了C区放大后的频差和位相延迟测量结果。因此,在实际测量时,可以令波片沿慢轴相对于激光轴线倾斜小角度,并进行系统误差补偿,以提高测量精度。上述结果也表明:系统的测量重复性优于0.02°。

3.2 波片通光面内不同点位相延迟

由于波片存在表面平面度,两平面间的平行度以及表面形貌和粗糙度等误差,因而其在整个通光面上各点的位相延迟并不一致。不同加工工艺的波片差别也比较大,会很大程度上影响波片使用。实验分别对两个多级波片沿快轴和慢轴测量不同位置点上的位相延迟,结果在图3中给出。在5 mm范围内点,标称94°波片位相延迟变化约为0.5°;而标称80°波片位相延迟变化量达到了1.6°,在有些区域,平均变化率达到0.6°/mm。两波片沿快轴和慢轴方向位相延迟变化趋势是一样的。这种变化会影响波片在整个通光方向上位相延迟的均匀性,并最终会使通过波片的光场发生畸变,影响系统性能。因此使用时要进行测试评估。

3.3 波片沿快/慢轴倾斜时位相延迟

根据式(3),波片沿快/慢轴倾斜时,其位相延迟会发生偏差。为检验波片快轴(光轴)是否平行于其工作面,实验中分别测试了两种工艺加工的波片样品1#和2#。1#波片为两个四分之一波片,厚度约1.49 mm,沿其快轴倾斜;2#波片约129°,厚度为0.36 mm,分别沿其快轴和慢轴倾斜。

波片位相延迟随倾斜角的测量结果在图4给出。整体上看,位相延迟随波片沿慢轴倾斜而增大,沿快轴倾斜而减小。但是,当波片沿快轴倾斜时,位相延迟的极大值不是出现在波片对正的位置附近,而是出现在波片转过一定倾斜角θα后。其中对应的(a)θα=2.91°;(b)θα=2.09°;(c)θα=0.75°。这说明,波片的快轴实际并不位于其平面内,而是跟工作平面有小的夹角,设为α。针对这种情况对式(5)进行修正得:

将式(8)代入式(3),并求解方程式,可以得到确定夹角α下的波片位相延迟。计算结果也在图4以实线标出,跟实验值符合得很好。通过比较拟合曲线,可知图4中,(a)中波片快轴跟平面夹角α=0.942°;(b)为α=0.685°;(c)为α=0.229°。这说明波片在生产过程中其光轴方向存在定位误差,不同波片的定位精度不一样:(c)中波片在加工过程中晶轴定位控制得比(a)和(b)要好。在应用高精度波片的场合下,必须对波片光轴是否位于波片工作平面内进行检验。

4 结论

与其他方法相比,激光频率分裂波片测量系统的结构简单,调整方便,缺点是被测波片需要镀增透膜,否则激光器将可能不出光。由于只需测量频差,这种方法可以将波片位相延迟追溯到激光波长上,能为其他测量方法提供参考标准,因而在波片高精度测量和计量方面具有很好的应用前景。

摘要：本文讨论了利用激光频率分裂技术测量波片位相延迟的主要误差因素,并对其中激光器初始位相延迟和波片非对正引入的系统误差进行补偿。误差分析表明:系统对于多级波片的测量不确定度约为1.7′,对于零级波片为0.8′。然后针对系统性能进行实验评价,包括:比较波片沿激光轴线对正和倾斜时对测量结果的显著影响,以及测量波片通光面内不同点的位相延迟和波片光轴与其表面的夹角。根据实测结果,系统测量重复性和复现性优于0.02°,不确定度优于2′,即约λ/104。

关键词：波片,He-Ne激光器,频率分裂,位相延迟

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误差评价方法篇9

1 GPS-RTK测量原理

GPS-RTK是以一台接收机作为基准站, 若干台接收机作为流动站, 基准站上安置接收机, 并对所有可见GPS卫星进行连续观测 (见图1) , 再将其观测数据通过无线电传输设备实时发送给用户观测站。在流动站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 还通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据, 并在系统内对组成差分观测值进行实时处理, 削弱了钟差、轨道误差等方面的不利影响, 明显提高了实时定位的精度。

GPS-RTK求出模糊度值即可开始进行测量, 通常只需几秒或几十秒就可解算出模糊度值。求解出的模糊度值在观测过程中如果发生数据链中断或卫星失锁状况就会失效, 在此情况下需要重新求解模糊度值。尽管可能会发生上述状况, 但由于大多数的观测者都是以步行的方式在各点之间迁站, GPS-RTK系统可以在此步行过程中对模糊度值自动进行初始化, 因此, 对正常测量不会造成太大的影响。

2 影响GPS-RTK测量精度和可靠性的因素

2.1 GPS系统的影响

GPS系统对GPS-RTK测量精度和可靠性产生影响的因素包括大气状况, 卫星空间分布状况以及GPS卫星的数量。GPS信号的传播会受到电离层、对流层的影响, 而且电离层、对流层的影响会随着基线长度的增大而增大, 该影响在点间距离较短时能够模拟, 观测值的差分处理可以削弱甚至消除误差。此外, 观测成果的质量也会受到卫星空间分布的影响, 如果GPS在空间呈均匀分布, 观测成果的质量就会得到显著提高。模糊度值的解算结果在星数越多的情况下会越可靠, 解算的速度也越快, 通常情况下至少需要5颗共同星对未知的模糊度值进行解算。

2.2 RTK系统的影响

GPS-RTK系统对RTK测量精度和可靠性产生影响的因素有数据处理软件、数据链以及接收机天线类型, 观测成果的可靠性和测量精度都会受到GPS-RTK设备质量的影响。影响GPS-RTK系统性能的一大因素是数据链的传输方式, 早期的数据链传输是依靠无线电台, 作用距离短、干扰大;现在大多采用无线网络, 只要有网络覆盖的地方一般都能进行稳定的数据传输, 具有作用距离长、信号稳定的特点。

2.3 观测环境影响

观测环境对GPS-RTK测量精度和可靠性产生影响的因素包括多路径误差、流动站和基站间的障碍物、电磁波干扰及地貌地形等, 主要对两个方面产生影响:一是GPS信号接收, 二是数据链传输。城镇地区建筑密集, 对卫星信号和数据链传输都有较大影响。

2.4 观测方案的影响

观测方案对GPS-RTK测量精度和可靠性产生影响的因素有历元数、坐标系统的选择、观测次数及基站位置的选择等, 它们会极大地影响GPS-RTK观测成果的可靠性和精度。不同的观测方案对测量结果也会产生一定影响, 但影响不会很大。

2.5 观测者的仪器使用经验影响

由于GPS接收机高度集成, 操作相对简单, 其影响主要体现在对中和测取天线高方面。

2.6 其他因素的影响

由于RTK作业方式不同于常规测量, RTK作业特点是实时快速, 点到点间没有必要的几何条件, 缺少必要的检核, 所以, 测量成果也存在着某种程度上的不可靠性, 其主要影响因素有以下几方面。

2.6.1 GPS卫星信号的影响

在GPS测量中, 为了能够得到正确的解算结果, 基站和流动站的接收机天线至少需要接收到相同的5颗GPS卫星信号。GPS测量中有时会出现多路径误差, 这种误差产生的原因包括周围物体对GPS卫星信号的反射再接收、高度角选择的影响、基站及流动站位置的选择不当等。有时也会产生飞点现象, 这主要是由于电离层、对流层对GPS卫星信号的影响以及遮蔽、中断等原因而产生失锁和整体移位。

2.6.2 坐标转换参数的影响

目前, 我国采用1980国家大地坐标系, 以1985黄海高程系作为高程基准, 而GPS测量的基线解算是在WGS-84坐标系统基础上。因此, 为了将GPS的测量坐标转换到所需要的坐标系中, 必须先求解出转换参数。

2.6.3 测量作业的控制区域

GPS测量的精度会因求解转换参数的控制点不能有效地控制测量区域而受到影响, 因此, 通常应将求解转换参数控制点的控制区域作为GPS测量的作业范围。

2.6.4 RTK基站与流动站间数据链传输影响

GPS-RTK测量时要求基站将其观测数据通过无线电传输设备实时发送到用户观测站, 在流动站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 还通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据, 因此, 在GPS-RTK测量中, 数据链传输就显得尤为重要。但当遇到山峰、高层建筑阻挡数据链传输信号或被其他电磁波干扰等状况时, GPS-RTK流动站的测量也会中断, 对测量成果的可靠性造成较大影响。

2.6.5 接收机电源稳定性的影响

北方冬季气温低, 导致接收机锂电池效率降低, 供电不稳, 这会对无线电数据的传输及GPS信号的接收造成影响, 从而产生不可靠的测量数据, 严重时会导致GPS-RTK测量工作无法正常展开。

2.6.6 移动站对中方式影响

流动站对中方式通常有三脚架对中和对中杆对中两种。使用对中杆虽然有快速方便的优势, 但也存在定位精度不高、不易固定住接收机天线等缺点;使用三脚架操作复杂, 速度慢, 个别点位难以靠近, 但接收天线稳定, 对中精度较高。

3 GPS-RTK观测方案及精度分析

3.1不同GPS-RTK外业观测方法的精度分析

由于GPS-RTK是依靠无线电波进行数据传输, 因此, 基线长度对其有较大影响, 而且干扰的因素会随着距离的增加而增多, 在这种情况下, 当在测区边缘选择基站时, 可能会导致距离基站较近地方的精度优于距离基站远的地方;若在测区的中央选择基站, 由于到达测区内各个点的基线长较均匀, 就会得到均匀的误差分布。分别在测区边缘及测区中央选择基站, 将由此得到的RTK观测数据与坐标、高程真值进行比较, 其中, 以四等水准测量值作为高程真值, 以一级GPS静态测量并经平差计算得到的测量值作为坐标真值。观测数据及分析比较情况如表1所示。

通过对比表1数据得出, 当在测区中央选择基站位置时会有较高的精度。当基准点选在测区中央时, 在测量过程中, 每个待测点的基线长都在作业半径内, 数据采集速度快, 点的定位精度相对较高。

移动站采取不同的对中整平方法, 对采集到的坐标精度也有直接影响, 其对比分析如表2所示。

通过数据比较, 采用三脚架对中的平面坐标精度较高, 但使用对中杆方便灵活, 所需时间短, 适合精度要求不是很高的碎部测量。

3.2 GPS RTK测量误差分析

依据误差理论, GPS RTK测量误差概括起来有以下三个方面。

3.2.1接收机误差

接收机误差主要包括接收机钟差、接收机天线相位中心偏差等, 随着制造技术的进步, GPS接收机的误差一般都在可控的范围内。

3.2.2 操作误差

由于观测者的熟练程度和责任心存在差异, 因此, 在仪器的操作过程中也会产生误差, 这些误差对观测数据质量产生的影响比较直接并且无法清除。

3.2.3 环境因素影响

引起GPS-RTK测量误差的环境因素包括大气折光、湿度、风力、温度等, 这些环境因素会直接影响观测数据的质量。而且精度要求越高的测量越重视观测时所处的环境条件而引起的观测误差。GPS信号由于对流层、电离层延迟的影响也会产生观测误差。

观测成果的质量与观测时所处的环境条件密切相关, 引起测量误差的主要来源有观测者、测量仪器、外界条件。观测中所产生的误差在较好的观测条件下会小些, 因此, 也会得到较高质量的观测成果, 反之, 则会得到相反的情况。观测成果的质量在观测条件相同的情况下是相同的, 因此, 观测条件的好坏会直接影响到观测成果的质量。

在RTK测量作业中, 可以采用双摆站的方法进行施测, 取两次观测的平均值, 这样可以使观测成果的可靠性得到提高, 也会保证相应的测量精度。

4提高可靠性及精度的措施

4.1 精确求解转换参数

对转换参数进行求解时, 要采用高等级转换控制点, 保证转换控制点覆盖整个测区, 而且要有足够的数量, 并在测区内均匀分布。在测区内没有足够转换控制点的情况下, 最好先用静态测量的方式布设转换控制点, 经平差求出WGS-84坐标及所需坐标系的坐标, 并以此作为求解转换参数的控制点。

4.2 基准站、流动站的位置选择

应在测区中央选择基站位置, 同时, 为了尽量避免多路径效应, 并使接收机接收到足够的卫星信号, 基站上空区域应无大面积的遮挡及影响数据链通讯的无线电干扰, 同时, 要尽量避开大面积水域、电台发射塔、高压线等物体, 在视野开阔的建筑物顶部或地势较高处架设基准站是较好的选择。流动站选择位置时的条件应参考基站, 尽量避免产生多路径效应, 避免卫星信号和数据链通讯受到影响。

4.3 作业时段的选择

在GPS-RTK作业施测时, 为了使接收机接收到足够的GPS信号, 每次测量应在最佳时段进行, 并预先查看GPS的卫星位置及数量。当待测点缺少其他检验条件时, 可以用同一基站在不同时段测量, 并对测量结果进行比较, 若在限差范围内, 则可取中数, 否则需要再次测量。

4.4 保证电源供应

为了保证GPS-RTK施测的正常进行, 每次作业前需要保证电源电量充足。当使用的是固定基站电台时, 还可以用交直流转换稳压器代替汽车电瓶。

4.5 有条件可建设连续运行参考站 (CORS)

4.6 选用双星或三星GPS接收机

双星或三星GPS接收机可以明显提高定位精度, 缩短锁星时间, 从而加快作业速度。

5结论

1) 测量时基准站应该尽可能选择在测区的中央以确保测量结果更接近于真值, 减小测量误差;

2) 合理安排作业时段, 确保卫星信号良好、测量结果更精确;

3) 可选用双星或三星接收机, 或多时段测量结果取平均值等措施来减小RTK测量的误差。

参考文献