一、纳米精度测量与校准系统关键技术研究（论文文献综述）
李得天,习振华,王永军,成永军,郭宁,王鹢,秦晓刚,张虎忠,李刚,赵呈选[1]（2021）在《真空测试计量技术及其航天应用》文中研究指明真空测试计量技术是确保载人航天、探月工程、北斗导航等重大航天工程顺利实施的重要基础。围绕计量发展和航天发展建设对真空测试计量提出的新任务、新要求,真空测试计量发展在深度、广度及维度上表现出强劲的态势。近年来,围绕国家重大战略需求,瞄准真空测试计量技术核心科学问题,开展了面向航天应用的真空测试计量原始创新研究,实现了由真空中性气体测试计量向空间电推进真空等离子体测试、卫星充放电真空模拟测试、真空环境下空间计量等交叉领域的拓展,并在月球样品采样、飞船交会对接、空间守时原子钟研制、卫星平台升级换代、卫星安全防护等应用中发挥了至关重要的作用。
王晨[2]（2021）在《点衍射干涉仪衍射波矢量分析及纳米线波导衍射元件的研究》文中研究指明科学技术的快速发展对精密光学检测技术提出了重大挑战,推动着精密检测技术的发展。光学干涉检测技术作为高精度检测领域的重要工具,在光学元件的面形检测,光学系统的装调校准及性能评估领域发挥着关键作用。当前极紫外光刻技术对光刻投影物镜系统的波像差控制提出了极高要求,而点衍射干涉仪是最有力的检测手段,其采用基于衍射原理产生的近理想球面波作为干涉中的参考波,它消除了传统干涉仪中对于标准光学参考元件的需求,因此打破了标准光学参考元件的精度对检测精度的限制,提供了一种高精度的干涉检测手段。利用光的衍射产生近理想的球面波的衍射元件是点衍射干涉仪的关键部件,衍射波的质量制约着测量精度的上限,必须要对其进行精确的研究分析,以验证衍射波能否作为干涉检测中的高质量参考波。同时理论和实践表明,现有的衍射元件存在着一系列问题和缺陷,限制了点衍射干涉仪的应用和拓展。本文针对上述问题与缺陷,开展了点衍射干涉仪衍射波矢量分析及基于纳米线波导的衍射元件的研究。现有衍射波分析方法中常对远场衍射波只取主要分量分析,且波前误差分析基于泽尼克拟合方法,这些方法难以对衍射波进行高精度分析,针对这些不足,本文在已有工作基础上建立了一套全矢量的衍射波分析方法,为点衍射干涉仪衍射波的高精度分析提供了可靠的理论基础和方法支撑。该方法充分考虑光的矢量性,有着足够的严格性和广泛的通用性。首先基于电磁场的数值计算方法模拟光在衍射元件中的传播行为,得到衍射波的近场光场;然后基于矢量衍射理论由近场衍射波计算得到远场衍射波;最后对衍射波的质量进行高精度分析,在球坐标下考虑电场分量以对衍射波的偏振特性和振幅分布进行准确分析,采用最佳匹配球面拟合,以去除远场衍射波的计算球面与最佳匹配球面之偏离引入的误差,从而准确地评估衍射波的波前误差。针孔作为点衍射干涉仪最主要的衍射元件,现有的矢量分析均是从电磁场的数值方法出发,本文从波导理论出发,采用解析方法对波长量级的针孔衍射问题进行了准确而全面的分析。该方法在多方面与电磁场数值方法的结论相同,但对衍射波特性的背后机理做出了更深刻的诠释,这对针孔衍射波的准确分析有着重要的价值。探讨了金属膜层上的针孔,其作为圆形金属波导传导光场,入射光聚焦到针孔的前端面上,发生反射和耦合,在针孔中以模场的形式传输并在末端出射形成衍射波。由于波导的传导截止效应,当针孔尺寸过小时,能量透过率急剧降低,无法得到有效的衍射波;针孔中光以模场的形式传输,因此模场也决定着衍射波的性质,基于波导模场的解析解对针孔衍射波的性质进行全面的分析,衍射波为离心率接近于1的椭圆偏振光,衍射波光强和位相分布是旋转不对称的,主要的像差为初级像散,这是由光场与针孔波导壁相互作用而导致的模场非旋转对称性引起。这对点衍射干涉仪中针孔衍射元件的分析和设计有着重要的指导性意义。现有的衍射元件存在着一系列缺陷,光纤衍射元件的衍射波数值孔径较小,而针孔衍射元件的衍射波易受入射光波像差、对准误差等因素干扰,且光强较弱,针对上述问题,寻找更好的替代方式是一个值得关注的问题,本文创新性地将微纳光波导应用于点衍射干涉仪的衍射元件中,对微纳光纤和纳米线波导的衍射波进行了理论分析和建模研究。基于本征模有限差分方法来求解微纳光波导中的模场并分析其传输特性,通过矢量衍射理论求解其衍射波,并对衍射波的质量进行分析研究。微纳光波导的截面尺寸小,并且芯包层折射率差大,因此具有很强的光场约束能力,作为衍射元件有着突出的优势:首先,微纳光波导可以获得亚波长尺寸的光场截面,从而衍射得到一个大数值孔径的衍射球面波,相比于传统衍射元件有了显着提升;其次,单模传输条件带来优异的入射光滤波特性可以产生稳定的衍射波;最后,微纳光波导的衍射波波前均有着很高的球面度,这为将微纳光波导作为点衍射干涉仪的衍射元件提供了重要依据。纳米线波导的衍射波有着优良的性质,为将其应用于点衍射干涉仪,需要对弯曲损耗、耦合器等结构进行分析和设计,针对上述问题,本文提出并设计了可用于点衍射干涉的基于纳米线波导的衍射元件,并完成了该衍射元件的加工和制作。首先,对纳米线波导衍射元件中的弯曲部分损耗进行了分析,进而对弯曲曲率进行设计;其次,选取Y分支耦合器,并对其相应结构参数进行了优化设计,以提升耦合效率,进而提供更高能量的衍射波;最后,探索了纳米线波导加工工艺,完成了基于纳米线波导的衍射元件的制作,得到了一个较大数值孔径的高质量衍射波。
刘万[3]（2021）在《基于线扫描光谱共焦测量系统的数据处理与校准算法研究》文中研究说明光谱共焦技术是一种非接触式测量手段,具有超高精度和稳定性,被广泛应用于精密检测领域。基于点式的光谱共焦测量系统,单次测量仅得到单个测量点的深度信息。为获取被测物表面的三维形貌特征,需要进行二维扫描,这不仅对机械件移动的稳定性提出高要求,还降低了扫描效率。本课题提出一种线扫描光谱共焦测量系统,单次测量可同时得到线上几千个测量点的深度信息,通过一维扫描即可获得被测物表面的三维形貌。这不仅大幅度减少机械件的移动,还提高了扫描效率,在三维表面形貌的测量中具有广泛适应性。本文围绕线扫描光谱共焦测量系统设计及数据处理与校准算法展开研究,主要内容如下:在光学系统设计过程中,本文从线扫描光谱共焦的测量原理出发,结合实际工业需求,充分考虑影响系统性能的因素,利用ZEMAX设计软件完成光辐射处理单元、信号采集系统等光学结构的设计和优化,根据仿真结果验证整个测量系统的性能。在数据处理与校准算法研究中,分析了暗信号和系统随机噪声的影响,详细介绍了多种峰值波长提取算法,并通过比较不同算法的实际效果,确定最优方案。采用多项式函数拟合得到稳定、精确的峰值波长位置与被测物深度之间的映射关系。并对影响系统测量精度的主要因素进行分析,提出可靠的校准算法。本文自主开发简洁实用的图形用户界面,并结合点云处理技术对被测物表面进行三维表面形貌恢复,实现智能化、数字化测量。本文利用高精度的纳米位移平台对系统进行标定,以金属平板和玻璃凹槽为测量样本进行实验。结果表明,本系统深度测量范围超过3mm,系统分辨力达到0.7um,扫描轮廓线长可达12 mm,满足大面型、高速的测量需求,具有较好的商用价值和应用前景。
周水龙[4]（2021）在《单晶硅材料高温压痕试验与仿真研究》文中研究指明作为典型的半导体材料,单晶硅在航空航天、集成电路、红外探测及微机械系统（MEMS）等领域应用十分广泛。单晶硅材料在常温环境下极易发生脆性断裂和微裂纹损伤,这在很大程度上制约了其切削加工效率与复杂严苛环境下的使用。与此同时,随着航空航天等领域的不断发展,深空探测、红外光学等技术对单晶硅基板下复杂表面创成的效率与质量以及复杂苛刻工况下服役能力的要求越来越高。因此,开展复杂苛刻环境下材料性能及测试技术的研究,已成为国际前沿热点难点和国家重大需求。高温环境可以大大提高单晶硅的塑性,精确表征常温至高温下单晶硅的力学性能及断裂行为具有重要的应用价值。由于具有测试内容丰富、测试流程便捷等优点,高温压痕测试技术在材料高温力学性能研究方面极具优势。然而,目前国内相关测试技术发展较晚,现有高温压痕测试仪器尚不完善。为指导实际生产与应用,亟需在现有高温压痕测试技术的基础上推进测试仪器和误差修正方法研究,以精确表征单晶硅材料常温及高温下的力学性能、微观变形行为及断裂行为。本文基于自制高温压痕测试仪器,对其进行了校准调试工作,结合仿真计算综合分析了高温压痕测试过程中各因素对接触热漂移的影响,提出了热漂移的检测和修正方法,确保了仪器的可靠性与测试结果的准确性。随后基于自制的高温压痕测试仪器与商业化纳米压痕仪,对单晶硅开展了不同压入尺度、不同温度下的压痕测试,在获取其力学性能的基础上结合拉曼光谱等分析方法对单晶硅的微观变形行为进行研究。并通过有限元仿真的方式对不同温度下单晶硅的裂纹扩展过程进行探讨。本文的主要研究内容包括:（1）简要分析了高温压痕测试技术和单晶硅性能测试的国内外研究进展,归纳整理了压痕测试的Oliver-Pharr方法及断裂韧度测试方法。针对现有高温压痕测试仪器,标定其载荷、位移等传感器与温控单元,并采用直接校准法对整机机架柔度进行了修正校准,在校准后采用标准硬度块进行了测试,确保测试仪器的可靠性。（2）针对高温压痕测试中的接触热漂移问题,建立了力热耦合仿真模型,对热漂移及其影响因素开展了研究。发现通过采用低热导率的压头、较高的加卸载速率和较小的压入尺度能够有效地削减热漂移。对现有压痕测试仪器的压头和试样在不同温度下的实际温差进行了精确测量,结合实验与仿真计算对测试过程中热漂移的消除与修正进行了分析,发现长时间的预接触可有效去除热漂移对测试的影响,同时在高温压痕测试卸载阶段测量漂移速率对曲线进行修正的方法能极大地提高测试准确性。（3）基于自制高温压痕测试仪器及商业化压痕仪,对不同取向单晶硅开展室温环境下纳米‐微米尺度的跨尺度压痕测试,表征在不同压入尺度下<100>、<110>及<111>取向单晶硅材料的硬度和弹性模量,对不同取向单晶硅材料的压痕尺寸效应进行了分析。并结合光学显微镜表征了各取向单晶硅的断裂韧度和临界裂纹载荷,结合显微镜与显微拉曼光谱对不同载荷、不同种类压头作用下单晶硅材料的断裂行为及相变产物进行了研究。针对压痕加卸载速率对单晶硅压痕相变产物和断裂行为的影响分别开展了研究,发现调整加卸载速率对单晶硅的相变行为和压痕断裂行为均有显着影响。结合实验建立了模拟维氏和玻氏压痕裂纹扩展的内聚力仿真模型,分析了压痕过程中单晶硅材料的应力分布及裂纹的衍生及扩展过程。最后通过实验研究了掺杂磷（P）元素对硅力学性能的影响,结果表明掺杂提高了硅的硬度,但降低了其断裂韧度。（4）基于自制高温压痕测试仪器,开展了<100>与<111>取向单晶硅的高温压痕测试,获得了室温至600℃不同温度下单晶硅的硬度和弹性模量,并针对<100>取向单晶硅进行了不同温度下的压入功分析,结合光学显微镜对其裂纹形貌和裂纹特征尺寸进行了表征,发现随着温度的增高单晶硅逐渐不再发生断裂行为,且发生了明显的脆韧性转变。结合扫描电镜与拉曼光谱对单晶硅在不同温度下的微观变形行为开展了研究,发现在高温下单晶硅的塑性变形逐渐由相变行为过渡到位错滑移行为。最后采用内聚力仿真对高温下单晶硅材料的裂纹扩展过程进行了研究,发现其在高温下不再产生中位裂纹,仅产生径向裂纹,而在600℃高温下,在3N载荷压痕下单晶硅表现为完全的塑性变形,未见有裂纹的产生与扩展。
黎雄威[5]（2021）在《纳米膜厚椭偏计量方法及装置的研究》文中研究指明纳米薄膜兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优点,在集成电路、光伏电池、液晶面板等产业得到了广泛的应用。膜厚参数测量的准确性对保障产品的性能具有十分重要的意义。椭偏仪测量微纳薄膜厚度,具有快速、无损、高精度的优点,目前已得到了广泛的使用。膜厚作为一种长度几何量,为实现测量结果的量值溯源,本文研究椭偏测量原理,得出膜厚量值与激光波长之间的数学模型,基于此模型设计并研制了激光椭偏测量装置,实现了椭偏法膜厚测量量值溯源至激光波长长度计量基准。本文的主要研究工作包括:1、研究了椭偏测量中偏振光的多光束反射与折射模型,推导得出微纳薄膜厚度与激光波长之间的直接函数关系。2、对椭偏系统的光学测量、旋转控制以及安装调节模块进行了详细的选型与设计,研制了激光椭偏测量装置,实现椭偏测量微纳薄膜厚度溯源至激光波长长度计量基准。3、对椭偏测量中的关键参数:测量入射角、椭偏参数和进行了仿真分析,针对测量入射角,提出了一种椭偏测量初始90°方位角校准方法,有效提升了装置的测量准确度。4、分析了椭偏测量装置的误差源,对测量过程中的激光波长、膜厚折射率、偏振片转角等参数进行了校准,完成了激光椭偏测量装置的测量不确定度评估。激光椭偏测量装置对108.40nm硅上二氧化硅标准膜厚片进行多次重复测量,测量误差小于0.3nm,测量不确定度为0.36nm,结果表明装置具有较好的测量准确性和重复性。
王宏程[6]（2020）在《基于压痕的软材料弹性参数测量系统设计》文中研究表明随着社会的发展,人们对材料特性及参数研究的不断深入,材料的弹性参数与材料所处的状态、材料的性能和寿命有着不可分割的关系,并且能够通过弹性参数来进行相应的预测。软材料弹性参数测量系统可测量接触力、弹性模量等弹性参数。软材料弹性参数测量系统在探伤领域的应用范围十分广泛,如在生物医疗中可帮助医生获得准确的人体组织的弹性参数,从而判断组织是否发生病变;在橡胶制造业中可辨别生产出的产品是否合格。本课题基于压痕法提出一种新型软材料弹性参数测量系统,增加了所能测量的弹性参数的种类,提高了测量的精确度和稳定性。根据生产成本和适用范围,本课题设计了两种操作方式的软材料弹性参数测量系统,分别是基于自动式力加载装置的测量系统和基于手动式力加载装置的测量系统。本文对这两种不同力加载方式的测量系统的结构和数据采集部分进行了详细的介绍,并对其工作原理进行了阐述。基于自动式力加载装置的测量系统的数据采集部分通过虚拟仪器Lab VIEW实现了对传感器信号的精确采集、处理和实时显示;基于手动式力加载装置的测量系统的数据采集部分是以STM32f103c8t6处理芯片为核心,通过AD620为放大芯片将传感器信号放大248倍,最后在LCD显示屏上显示。最后本文通过Solidworks软件进行三维模型的建立,应用3D打印技术进行样机的制作,对不同的软材料进行弹性模量的测量,对比测量值和真实值的误差,最终得出测量系统的误差在15%以内符合工程应用的要求,并分析了误差产生的原因,为以后进一步的改进整套测量系统打下基础。本课题基于压痕法设计的这两种力加载方式的软材料参数测量系统,除了体积小、操作简便、应用范围广和测量精度高这个几个共同的优点,基于自动式力加载装置的系统还具有可扩展性强的优点,基于手动式力加载装置的系统集成度高,针对性强的优点。
杨奎星[7]（2020）在《自由空间测量设备无关的量子密钥分发实验研究》文中研究说明量子信息是量子物理与信息科学的交叉学科,具有深刻的科学意义和广泛的应用价值。近年来,量子信息迅速发展成为研究热点,量子通信是量子信息的主要研究方向之一。量子通信具有理论上无条件安全的独特优势,但是实现现实条件下安全的量子通信仍然面临诸多挑战。测量设备无关的量子密钥分发协议关闭了探测端的所有漏洞,是实现现实条件安全的量子通信的重要一步。虽然光纤信道的测量设备无关量子密钥分发已经有很多实验研究,但是由于光纤信道中传输光子数随传输距离呈指数衰减,所以基于光纤信道构建广域甚至全球的量子通信网现阶段还非常有挑战性,幸运的是,随着量子科学实验卫星”墨子号”的发射成功,基于空间平台自由空间信道的量子通信发展成为实现全球化广域量子通信网络最为切实可行的手段之一,而自由空间测量设备无关量子密钥分发的实验研究却仍是空白。在这一背景下,本论文主要针对无波前探测自适应光学技术和自由空间信道独立光源双光子干涉关键技术进行研究,最终成功实现国际上首个独立光源远距离（20km）自由空间双光子干涉,并在此基础上成功实现了自由空间测量设备无关量子密钥分发。独立光源双光子干涉是测量设备无关量子密钥分发的核心。但是由于受到大气湍流的影响,光束在大气中传播时很难保持稳定的空间模式,再加上到达角起伏和闪烁等效应,导致很难实现自由空间双光子干涉,而且水平链路近地大气的强湍流会带来严重的波前畸变,极大限制单模耦合效率。为了解决上述挑战,本人主持发展了无波前探测自适应光学技术,使其能够满足强大气湍流条件下的自由空间量子通信链路的需求,并通过精确的时序控制和仔细的参数优化,最终在水平约10km自由空间链路上能够明显抑制链路效率抖动并提升大幅度提升单模光纤耦合效率。耦合功率相对标准差从0.88下降到0.52,量子信道效率提升约4-8倍,使得远距离自由空间信道双光子干涉成为可能。除了强度匹配,独立光源双光子干涉还需要两个入射脉冲在到达时间、频率等自由度全同。本人还参与研发了基于高稳晶振的独立时钟同步技术和基于分子池吸收谱的独立激光器锁频技术,实现时间同步精度优于20ps,频率一致性优于0.1pm,满足双光子干涉要求。基于上述关键技术的突破,我们成功实现了远距离（约20km）自由空间双光子干涉（HOM）,干涉能见度约为0.45（极限0.5）,并在此基础上实现自由空间测量设备无关量子密钥分发实验,为现实条件下安全的全球量子保密通信网奠定了技术基础。本人工作的创新主要在于:1通过发展适用于强湍流的无波前探测自适应光学,独立时钟高精度时间同步和独立激光锁频等技术,在国际上首次实现独立光源远距离（约20km）自由空间双光子干涉。2在实现远距离（约20km）自由空间双光子干涉基础上又进一步实现自由空间测量设备无关量子密钥分发实验,为构建具有现实条件下安全的广域量子保密通信做出重要贡献。
孙晨光[8]（2020）在《基于STM32的便携式胶体溶液浓度测量仪器的研究设计》文中研究指明科学技术发展伴随着对自然资源开发,其中浓度检测在水资源勘探、环境监测和科学研究等领域具有重要的意义。目前,国内外液体浓度测量技术已较为成熟,但这些方法及设备因环境限制大都适用于实验室,难以带到野外进行实地考察测量。本课题来源项目中涉及到性质不稳定胶质溶液的浓度测量,实地取样后无法长时间放置携带到实验室进行测量,因此需要设计一款便携式胶体溶液浓度测量仪器,满足野外实地测量需求的基础上,提高户外测量的时效性以及准确性。此研究主要针对野外胶体溶液的浓度测量,胶体溶液具有丁达尔现象,并且丁达尔现象会随胶体溶液浓度的改变而发生变化。光源信号恒定的条件下,丁达尔现象光路光强度与胶体溶液浓度呈现一定的相关性,因此可通过检测丁达尔光路的光学特性计算出丁达尔强度,从而获得胶体浓度参数。项目组前期成员以图像传感器为元件测量丁达尔强度,计算胶体溶液浓度,并取得一定研究成果。为提高仪器测量精度以及实用效果,本文使用光电传感器进行丁达尔强度测量,通过记录大数量不同浓度胶体溶液的丁达尔强度,建立其与胶体溶液浓度之间的关系模型,并使用一定范围内梯度稀释试样对模型系数进行校正确定,最终通过丁达尔强度计算出胶体溶液浓度;根据项目需求设计便携浓度自动测量仪器:仪器可在步进电机的控制下将待测量试样运作到适当测量工位,半导体激光光源在驱动控制电路下,输出波长650nm、功率10m W的红色激光源照射试剂瓶,使用2DU6硅光电池传感器与OV5640图像传感器在与光路垂直方向上采集丁达尔光路信息。此次研究完成了“便携式胶体溶液浓度测量仪器”的设计与制作,使用STM32H743ZIT6为核心处理器,采用USART HMI显示屏,并在STM32H7**库函数支持下独立编写仪器软件。最后,本文利用所设计仪器进行胶体溶液浓度测量实验,验证测量方法的可行性及准确性,并使用两种不同的胶体溶液分别对两种方法测量结果进行比较。实验样本选择浓度为5.518×10-5g/ml的纳米金胶体溶液与浓度为2.230×10-2g/ml的氢氧化铁胶体溶液,定量梯度稀释后得到20种不同浓度试样。针对因操作引起的误差,实际测试时,独立配置5组溶液,分别测量丁达尔强度后利用最小二乘法对数据进行回归分析,建立丁达尔强度与浓度之间的关系模型,并用所建立模型计算浓度。实验结果表明,该仪器能够实现实时胶体溶液浓度的测量,不受外部环境影响,满足实地取样后即取即测需求。并且在所选定浓度范围内,相对于图像传感器,使用光电传感器时测量精度得到提升,测量误差稳定控制在预期范围内。
陈康慷[9]（2020）在《低轨纳米卫星的星载GNSS精密定轨研究》文中进行了进一步梳理全球大地测量观测系统（GGOS）预期在2020年实现以相对精度为10-9或更高的精度在地球参考框架中监测大地测量参数及其随时间的变化。为实现这一雄心勃勃的目标,GGOS需依靠当前及未来的地面、空中和空间各类卫星组网构成综合立体的监测体系。立体监测卫星平台可以搭载多种传感器和仪器,监测陆地、海洋、冰川和地球重力场及其时间变化。低轨卫星（LEO）从空间观测地球可以覆盖地表大块区域,而且可以同时采用多光谱、雷达、电磁波、激光等多种技术手段均匀一致地采集数据,具有独特的测量优势。对地观测卫星（如测高、SAR和重力场测量）本身的轨道精度直接影响测地结果的精度。星载GNSS已经成为对地观测卫星精确轨道确定（POD）的重要手段。星载GNSS定轨的精度高,效率也高。近年来随着小卫星（如基于Cube Sat标准化的10cm大小单位的纳米卫星）的日益普及,适应纳米卫星轨道确定的GNSS有效载荷研制需求也越来越迫切。我们采用现有商用单频GNSS接收机开发了一种小型通用GNSS板卡,作为纳米卫星的定轨载荷,具备重量轻（1.6 g）,尺寸小（12.2 x 16.0 x 2.4 mm3）,功耗低（100m W）等特点。两个原型板卡分别搭载在Astrocast-01（575 km）和Astrocast-02（500 km）两颗3 Unit纳米卫星上,已成功在轨运行,并提供精确的导航定位和定时服务。本文围绕一种适用于低轨纳米卫星POD的有效载荷,系统分析了GNSS接收机在热环境变化、真空和辐照测试中的结果和性能;然后,详细讨论了星载GNSS接收机在轨导航解（NAVSOL）实时定位、定速和定时精度的评估模型与方法,分析了各种在轨试验数据;利用星载实测GNSS伪距和相位原始观测数据,采用后处理模式进行了卫星精密轨道解算与分析;最后,成功地对纳米卫星实现了激光测距（SLR）观测,利用获取的激光观测数据对低轨卫星星载GNSS测定的轨道进行了外部检核。此外,GNSS精密钟差测定及其对精密单点定位（PPP）和LEO精密轨道确定的影响也做了附属研究。本文的具体研究工作主要包括:（1）详细介绍了Cube Sat精密轨道确定有效载荷的设计,包括GNSS板卡和SLR小型激光后向反射器阵列;升级改进商用现货GNSS接收机固件,并对接收机和天线进行真空、温度变化和辐射测试。系统测试结果表明,所选用的低成本接收机具备在预定轨道高度为卫星提供导航、定轨和定时的能力。（2）提出了约化动力学轨道拟合和卫星轨道高斯摄动方程相结合的Cube Sat卫星轨道沿迹向的经验加速度拟合模型,并采用卫星宏模型和大气密度模型建立了Cube Sat大气阻力先验改正模型,有效提高了卫星定轨和轨道预报精度。将上述改进算法,嵌入Bernese GNSS软件进行约化动力学轨道确定,评估了GNSS有效载荷的在轨表现和NAVSOL的质量。通过引入完整的动力学模型（包括高阶地球重力场、大气阻力和太阳辐射压力）改进轨道,并可添加随机脉冲参数逼近动态测量信息,有效提高了基于星载NAVSOL数据的定轨精度。计算结果表明,尽管有电离层误差和轨道模型剩余误差的影响,NAVSOL单天轨道拟合的RMS约在2～5 m之间。（3）试验分析了GNSS有效载荷的在轨性能。监测了星载接收机钟漂变化,并分析了其与GNSS板卡温度变化的关系;分别基于星载接收机导航解的位置和速度信息定轨,分析了导航解卫星位置和速度含有的系统误差;分析了多GNSS系统组合相对于GPS单系统在轨导航定位及定轨精度的改进;利用高采样的NAVSOL数据估计了卫星轨道机动对卫星轨道和卫星速度变化的影响,进而评估了星载小型推进器的性能。结果表明:Astrocast-01在轨导航解的轨道误差（RMS）在径向、切向和法向分别为4.3m,2.6m和2.2m;Astrocast-02在轨导航解的轨道误差（RMS）在径向、切向和法向分别为2.9m,2.3m和1.1m。（4）研究了低成本单频GNSS接收机星载观测值载噪比（C/N0）对观测误差的影响,分析了星上实测GNSS原始观测值的数据质量。基于L1伪距和相位观测值的GRAPHIC组合,有效消除了电离层误差并削弱了伪距观测值噪声影响,显着提高了星载单频GNSS定轨精度。利用安装在纳米卫星底部直径为1cm的激光后向反射棱镜阵列,计算分析了激光观测链路预算,成功地对两颗纳米卫星进行了激光测距观测和轨道质量检核,为未来低轨大型纳米卫星星座多技术观测及定轨模型优化提供了解决方案。结果表明:采用星上实测GNSS观测值进行动力学定轨,单频伪距事后轨道的SLR检核精度约为0.9m。（5）提出了GNSS精密钟差产品综合的抗差最小二乘估计方案,该方法不仅顾及各分析中心不同参考钟影响,还有效补偿了各分析中心钟差产品的系统误差,并控制了异常误差的影响。利用LEO卫星精密定轨和PPP实验,验证了本文提供的GNSS精密钟差综合产品的性能。
于亮[10]（2020）在《基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法》文中指出借助纳米坐标测量机实现介观尺度的超精密测控是高端装备制造和半导体工业等精密工程中的重大需求,推动着纳米计量国际研究前沿迈向原子尺度、毫米以上测程和三维测量,促使超精密坐标测量技术成为了高端装备制造和精密计量领域的战略制高点之一,这对激光干涉测量技术提出了三自由度同步测量和测量精度突破纳米指向皮米量级的极限挑战。相比于传统的多光束三自由度激光干涉测量方法,单光束三自由度激光干涉测量方法具有系统架构简单、勿需多光束平行度极端调控等优点,有望在多自由度超精密同步测量领域发挥重要作用。然而,现有单光束方法存在测量分辨力受限、周期非线性、解耦非线性和角度量程小等亟待解决的问题,无法满足下一代制造与计量技术对多自由度超精密测量的需求。针对上述问题,本文提出一种基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法,以实现位移、偏摆角和俯仰角的超精密同步测量。针对该方法,建立基于全程光线追迹的单光束波前零差干涉条纹数学模型、提出三自由度线性解耦方法实现高分辨力测量、提出三自由度误差分析与处理方法进行原理误差校正与周期非线性误差抑制。本文围绕所涉及的科学问题和关键技术进行深入的理论和实验研究,在测量分辨力、周期非线性、解耦非线性、角度量程等关键技术指标上取得突破,为实现亚原子尺度的三自由度超精密测量提供新方法,为新一代原子尺度的纳米坐标测量机提供核心技术方案。论文的主要研究工作介绍如下:（1）为解决单光束波前干涉条纹数学模型有欠完备的问题,提出一种基于全程光线追迹的单光束波前零差干涉条纹数学模型,为本文测量方法提供了理论基础和数学工具。该条纹模型针对激光从光源出发经镜组直至产生波前零差干涉条纹的完整光学过程进行光线追迹,一方面建立了位移、偏摆角和俯仰角三自由度信号映射到干涉条纹图像的数学描述,将相关的光学与几何参数均纳入其中、更具完备性;另一方面,给出了三自由度信号到空间干涉条纹的相位、x轴和y轴频率三个参数的映射关系,形成了本文基于条纹图像进行三自由度干涉测量的光学原理。仿真分析了三自由度信号对空间干涉条纹的影响及其规律,分析并阐释了光斑分离游走现象的成因及影响,定量描述了高斯光束球面波前引起的干涉条纹畸变。分析和仿真结果表明,该条纹模型准确表达了光线传播过程中各种光学与几何参数的影响,可将条纹模型欠完备所导致的10-5量级位移原理误差和10-4量级角度原理误差分别修正至亚皮米和亚纳弧度量级。（2）为解决单光束多自由度解耦中的分辨力受限、解耦非线性和角度量程小等问题,提出一种基于空间干涉条纹图像的三自由度信号线性解耦方法,实现了三自由度信号的高分辨力线性解耦运算。依据本文测量方法的光学原理,将三个条纹参数分离成三个独立的自变量,推导出三自由度信号的线性解耦运算公式,形成了一种基于条纹图像的三自由度线性解耦方法;通过采用傅里叶变换结合非线性最小二乘拟合、多行平均和直流屏蔽进行二维条纹分析,实现了三自由度信号的高分辨力线性解耦;依据实测条纹图像构建了一个解析表达的条纹信号模型,并对该理想条纹进行仿真解耦测量,从而优化了解耦算法性能,使其满足本文的三自由度超精密测量需求。分析和仿真结果表明,与现有同类方法相比,本文方法的测量分辨力提高了一个数量级,角度量程提高了至少一个数量级,原理上消除了微弧度量级的解耦非线性误差。（3）为解决现有方法中三自由度误差分析与处理方法欠缺的问题,提出一种单光束三自由度误差分析与处理方法,实现了三自由度原理误差校正和周期非线性误差抑制。采用本文条纹模型和三自由度线性解耦方法,针对干涉条纹的产生及其解耦运算这一完整物理过程进行三自由度仿真测量。依据该仿真测量,一方面分析各自由度原理误差和三自由度耦合误差,给出其校正公式或补偿曲线,形成了一种三自由度原理误差分析与校正方法;另一方面,借助多重反射干涉背景图像分析三自由度周期非线性误差的来源、作用机理和变化规律,针对不同类型的背景图像提出相应的抑制方法,这形成了一种三自由度周期非线性误差分析与抑制方法。这些工作提供了一种三自由度误差分析与处理方法,有效地减小了本文测量方法的三自由度原理误差和周期非线性误差。分析和仿真结果表明,三自由度原理误差可校正至亚皮米和亚纳弧度量级,周期非线性误差的来源是多重反射、可被有效抑制。（4）采用10位工业相机实现了本文方法的实验装置和原理样机,验证了本文方法及其理论分析和仿真结果。其中,原理样机与PTB二维空间角度基准SAAC进行了比对校准,类似实验在国际上尚属首次。根据实验结果,装置的噪声优于5pm/（?）和5nrad/（?）（1 Hz以上频段）,分辨力优于80 pm和80 nrad,这基本达到了本文采用的10位工业相机所能达到的物理极限;三自由度周期非线性误差仅来源于多重反射,可从纳米和微弧度量级抑制到20 pm和0.2μrad以下;角度测量范围在距离为0.4 m处即超过1 mrad’1 mrad。上述关键技术指标均实现了突破,明显优于现有同类方法的研究成果、处于本领域国际前沿。另外,应用本文成果与PTB和德国公司合作研发了三自由度激光干涉仪和桌面式纳米坐标测量机的样机,目前在国际市场上尚无同等水平的纳米坐标测量机产品。
二、纳米精度测量与校准系统关键技术研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、纳米精度测量与校准系统关键技术研究（论文提纲范文）
（1）真空测试计量技术及其航天应用（论文提纲范文）
| 1 真空中性气体测试计量技术 |
| 1.1 选择性吸气延伸系列真空标准下限 |
| 1.2 高精度微小气体流量（漏率）校准新原理 |
| 1.3 非平衡态真空测试计量新领域 |
| 1.4 面向航天应用的系列真空测量仪器 |
| 2 空间电推进真空等离子体测试技术 |
| 2.1 空间电推进真空等离子体关键特性参数在线测试技术 |
| 2.2 空间电推进氙工质微流量高精度控制及校准技术 |
| 2.3 大型系列电推进真空测试评价系统 |
| 3 空间卫星充放电效应真空模拟测试技术 |
| 3.1 模拟空间真空环境下的卫星带电特性参数表征及测试技术 |
| 3.2 空间真空模拟条件下的“天地等效”测试技术 |
| 3.3 卫星整星充放电效应仿真方法 |
| 4 面向空间真空环境下的计量前沿技术 |
| 4.1 月球尘埃原位测量及标定技术 |
| 4.2 火星能量粒子探测技术 |
| 4.3 主带彗星喷发物原位探测技术 |
| 4.4 月球水冰探测技术 |
| 5 结论与展望 |
（2）点衍射干涉仪衍射波矢量分析及纳米线波导衍射元件的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 点衍射干涉仪研究历程 |
| 1.2.1 共路点衍射干涉仪 |
| 1.2.2 非共路点衍射干涉仪 |
| 1.3 点衍射干涉仪的衍射元件及分析研究 |
| 1.3.1 共路点衍射干涉仪的衍射元件及分析研究 |
| 1.3.2 非共路点衍射干涉仪的衍射元件及分析研究 |
| 1.4 本文主要研究内容及创新点 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 主要创新点 |
| 2 衍射波矢量分析的理论与方法 |
| 2.1 光与衍射结构的作用——基于电磁场数值方法的近场仿真 |
| 2.1.1 电磁场的时域有限差分方法 |
| 2.1.2 基于电磁场FDTD方法仿真近场衍射波 |
| 2.1.3 衍射问题中的光源建模 |
| 2.2 衍射波近远场传播——基于矢量衍射理论 |
| 2.2.1 基尔霍夫衍射理论 |
| 2.2.2 场等效原理 |
| 2.2.3 衍射波的近场远推 |
| 2.3 远场衍射波的质量分析 |
| 2.3.1 远场衍射波的振幅分析 |
| 2.3.2 远场远射波的位相分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于波导理论的针孔衍射波分析 |
| 3.1 针孔中的光场——基于波导理论求解 |
| 3.1.1 理想金属波导的模场求解 |
| 3.1.2 针孔中的光场——波导理论与电磁场数值方法的求解对比 |
| 3.2 针孔的传导截止效应——基于波导的传输特性 |
| 3.2.1 圆形金属波导的传输特性 |
| 3.2.2 针孔的传导截止效应 |
| 3.3 针孔衍射波的性质分析 |
| 3.3.1 针孔模式场的衍射波求解 |
| 3.3.2 针孔模式场的衍射波分析 |
| 3.4 本章小节 |
| 4 微纳光波导的衍射波分析 |
| 4.1 微纳光波导的传输特性和衍射波分析方法 |
| 4.1.1 基于本征模有限差分方法求解模场和传输特性 |
| 4.1.2 微纳光波导的衍射波分析流程 |
| 4.2 微纳光纤的衍射波分析 |
| 4.2.1 微纳光纤的模场和传输特性 |
| 4.2.2 微纳光纤的衍射波 |
| 4.2.3 微纳光纤的衍射波波前误差 |
| 4.3 纳米线波导的衍射波分析 |
| 4.3.1 纳米线波导的模场和传输特性 |
| 4.3.2 纳米线波导的衍射波 |
| 4.3.3 纳米线波导的衍射波波前误差 |
| 4.3.4 纳米线波导衍射波的优化讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于纳米线波导的衍射元件设计与加工制作 |
| 5.1 基于纳米线波导的衍射元件结构 |
| 5.2 纳米线波导弯曲部分的分析设计 |
| 5.3 纳米线波导的耦合器设计 |
| 5.4 基于纳米线波导的衍射元件的加工与耦合测试 |
| 5.4.1 纳米线波导衍射元件的加工流程 |
| 5.4.2 纳米线波导衍射元件的耦合测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
（3）基于线扫描光谱共焦测量系统的数据处理与校准算法研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状和发展 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 本文主要内容 |
| 2 线扫描光谱共焦系统分析与总体设计 |
| 2.1 光谱共焦测量原理 |
| 2.1.1 传统点式测量原理 |
| 2.1.2 线扫描测量原理 |
| 2.2 线扫描光谱共焦测量系统的性能分析 |
| 2.2.1 测量范围 |
| 2.2.2 系统分辨率 |
| 2.2.3 被测物允许的最大倾斜角度 |
| 2.2.4 工作距离 |
| 2.3 系统光源选择与设计 |
| 2.4 光辐射处理单元设计 |
| 2.4.1 分光棱镜 |
| 2.4.2 整体结构设计 |
| 2.4.3 成像分析 |
| 2.5 信号采集系统设计 |
| 2.6 测量系统整体光学结构设计与分析 |
| 2.6.1 整体光学结构设计图 |
| 2.6.2 成像分析 |
| 2.7 公差分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 线扫描光谱共焦测量系统数据处理 |
| 3.1 图像预处理 |
| 3.1.1 暗信号去除 |
| 3.1.2 随机噪声去除 |
| 3.2 峰值波长提取算法 |
| 3.2.1 极大值法 |
| 3.2.2 质心法 |
| 3.2.3 平方加权质心法 |
| 3.2.4 插值法 |
| 3.2.5 高斯拟合法 |
| 3.2.6 聚类算法Mean Shift |
| 3.3 峰值波长位置与被测深度的曲线拟合 |
| 3.4 图形用户操作界面设计 |
| 3.5 三维表面形貌恢复与数据可视化 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 实验结果分析与系统标定补偿 |
| 4.1 基于ZEMAX软件仿真结果分析 |
| 4.2 实物搭建 |
| 4.3 测量系统的标定 |
| 4.3.1 光谱数据选择 |
| 4.3.2 峰值波长提取算法 |
| 4.3.3 峰值波长位置与标定样本深度的拟合 |
| 4.3.4 影响系统性能的要素分析 |
| 4.4 系统校准与不确定性分析 |
| 4.5 三维表面形貌可视化 |
| 4.5.1 图形用户界面 |
| 4.5.2 三维表面形貌恢复 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 攻读硕士学位期间所取得的科研成果 |
（4）单晶硅材料高温压痕试验与仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高温压痕测试技术研究进展 |
| 1.2.1 高温压痕测试技术进展 |
| 1.2.2 高温压痕测试的误差修正研究进展 |
| 1.3 单晶硅材料压痕测试进展 |
| 1.3.1 单晶硅材料的性质 |
| 1.3.2 单晶硅材料常温压痕测试进展 |
| 1.3.3 单晶硅材料高温测试进展 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第2章 压痕测试基本原理及仪器的标定校准 |
| 2.1 微纳米压痕测试基本原理与测试仪器 |
| 2.1.1 压痕测试Oliver‐Pharr方法 |
| 2.1.2 压痕断裂行为与断裂韧度测试方法 |
| 2.1.3 测试仪器简介 |
| 2.2 高温微纳米压痕测试仪器标定校准 |
| 2.2.1 大行程驱动电机标定 |
| 2.2.2 载荷与位移传感器标定 |
| 2.2.3 高温炉内外温度分布 |
| 2.2.4 机架柔度校准 |
| 2.3 接触热漂移的仿真分析 |
| 2.3.1 力热耦合仿真模型的建立 |
| 2.3.2 压头材料对接触热漂移的影响 |
| 2.3.3 测试参数对接触热漂移的影响 |
| 2.4 热漂移的试验测量与消除 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 室温下单晶硅压痕响应的试验与仿真分析 |
| 3.1 纳米尺度单晶硅玻氏压痕测试 |
| 3.1.1 单晶硅纳米尺度下的各向异性力学性能 |
| 3.1.2 卸载速率与最大载荷对单晶硅相变的影响 |
| 3.1.3 单晶硅断裂韧度的各向异性与临界裂纹载荷 |
| 3.2 微米尺度单晶硅玻氏压痕测试 |
| 3.2.1 微米尺度下压痕测试结果与压痕裂纹形貌分析 |
| 3.2.2 不同压入尺度下单晶硅的压痕尺寸效应分析 |
| 3.3 变加载/卸载速率维氏压痕测试 |
| 3.3.1 维氏残余压痕形貌及相变分析 |
| 3.3.2 加载/卸载速率对维氏压痕形貌和裂纹尺寸的影响 |
| 3.4 单晶硅压痕过程应力分布与径向裂纹扩展的仿真分析 |
| 3.4.1 压痕过程中应力分布的仿真分析 |
| 3.4.2 径向裂纹扩展的内聚力仿真模型建立 |
| 3.4.3 压痕径向裂纹扩展的仿真研究 |
| 3.5 磷掺杂对单晶硅力学性能的影响 |
| 3.5.1 磷掺杂对硬度与弹性模量的影响 |
| 3.5.2 磷掺杂对断裂性能的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 高温下单晶硅压痕响应的试验与仿真分析 |
| 4.1 单晶硅力学性能的高温压痕测试 |
| 4.1.1 压痕测试流程与测试参数的确定 |
| 4.1.2 温度对单晶硅压痕曲线与硬度的影响 |
| 4.1.3 温度对单晶硅弹性模量的影响 |
| 4.2 高温下单晶硅的脆韧性转变与压痕形貌分析 |
| 4.2.1 温度对单晶硅弹塑性能量的影响分析 |
| 4.2.2 高温下压痕形貌与裂纹尺寸变化 |
| 4.3 高温压痕区域变形机制分析 |
| 4.3.1 高温下单晶硅滑移线的扫描电镜分析 |
| 4.3.2 单晶硅高温压痕相变的拉曼光谱分析 |
| 4.4 高温环境下压痕裂纹的仿真研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间科研成果 |
| 致谢 |
（5）纳米膜厚椭偏计量方法及装置的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题研究背景及意义 |
| 1.2.1 研究背景 |
| 1.2.2 目的及意义 |
| 1.3 椭偏测量研究现状及发展趋势 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.3.3 椭偏测量发展趋势 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 第二章 椭偏测量原理及溯源性 |
| 2.1 椭偏基本原理 |
| 2.1.1 光的偏振 |
| 2.1.2 椭偏参数Ψ和Δ |
| 2.1.3 菲涅尔系数 |
| 2.1.4 光波与介质相互作用 |
| 2.2 膜厚与椭偏参数关系 |
| 2.3 椭偏参数测量方法 |
| 2.3.1 消光式椭偏测量原理 |
| 2.3.2 光度式椭偏测量原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 激光椭偏测量装置整体设计与实现 |
| 3.1 激光椭偏测量装置设计 |
| 3.1.1 测量原理选择 |
| 3.1.2 装置整体结构设计 |
| 3.2 光学测量系统 |
| 3.2.1 光源的选择 |
| 3.2.2 硅光电探测器 |
| 3.2.3 其他光学元器件 |
| 3.3 旋转控制系统 |
| 3.3.1 偏振片旋转控制模块 |
| 3.3.2 双转台旋转模块 |
| 3.4 安装调节系统 |
| 3.4.1 双转台结构设计 |
| 3.4.2 电机安装座结构设计 |
| 3.4.3 载物台结构设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 激光椭偏测量装置校准与膜厚测量 |
| 4.1 椭偏测量初始90°方位角校准 |
| 4.1.1 初始入射角校准原理与实现 |
| 4.1.2 校准实验平台搭建 |
| 4.1.3 90°校准实验与分析 |
| 4.1.4 膜厚标准片测量结果 |
| 4.2 旋转系统角度校准 |
| 4.2.1 转台角度校准 |
| 4.2.2 椭偏参数对测量结果影响 |
| 4.2.3 旋转电机角度校准 |
| 4.3 其他关键参数校准 |
| 4.3.1 激光器波长校准 |
| 4.3.2 薄膜折射率校准 |
| 4.4 二氧化硅膜厚片测量实验 |
| 4.4.1 确定起始方位角 |
| 4.4.2 安装液晶相位延迟器 |
| 4.4.3 70°入射角膜厚测量 |
| 4.4.4 确定消光点角度 |
| 4.4.5 膜厚测量结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 激光椭偏测量装置不确定度评估 |
| 5.1 装置不确定度来源分析 |
| 5.2 各不确定度分量计算 |
| 5.2.1 多次重复测量引入的不确定度分量 |
| 5.2.2 激光波长不稳定引入的不确定度分量 |
| 5.2.3 薄膜折射率变化引入的不确定度分量 |
| 5.2.4 检偏器角度误差引入的不确定度分量 |
| 5.2.5 起偏器角度误差引入的不确定度分量 |
| 5.2.6 θ_i角度误差引入的不确定度分量 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望及今后工作建议 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术成果 |
| (1)发表的学术论文 |
| (2)公开的专利 |
（6）基于压痕的软材料弹性参数测量系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1.课题背景和意义 |
| 1.2.国内外研究现状 |
| 1.2.1 纳米压痕技术研究现状 |
| 1.2.2 宏观压痕技术研究现状 |
| 1.2.3 仪器研制研究进展 |
| 1.2.4 仪器的应用热点 |
| 1.3.论文研究内容 |
| 1.4.论文总体结构 |
| 第二章 软材料弹性参数测量系统的结构和工作原理 |
| 2.1.引言 |
| 2.2.软材料弹性参数测量系统工作原理 |
| 2.3.软材料弹性参数测量系统的结构 |
| 2.3.1 基于自动式力加载装置测量系统的结构 |
| 2.3.2 基于手动式力加载装置测量系统的结构 |
| 2.4.软材料弹性参数测量系统的关键设备 |
| 2.4.1 Maxon DC电机和单轴驱动器 |
| 2.4.2 斯巴拓S型压力传感器 |
| 2.4.3 nano17压力传感器 |
| 2.4.4 NI数据采集卡 |
| 2.4.5 金诺H3压力传感器 |
| 2.5.测量系统的其他特性 |
| 2.6.本章小结 |
| 第三章 数据采集系统的设计 |
| 3.1.引言 |
| 3.2.基于自动式力加载装置测量系统中数据采集部分的设计 |
| 3.2.1 Lab VIEW的简介 |
| 3.2.2 数据采集系统的总体设计 |
| 3.2.3 数据采集模块 |
| 3.2.4 数据处理模块 |
| 3.2.5 数据显示和存储模块 |
| 3.3.基于手动式力加载装置测量系统中数据采集部分的设计 |
| 3.3.1 硬件设计 |
| 3.3.2 软件设计 |
| 3.4.本章小结 |
| 第四章 软材料测量系统的搭建与实验 |
| 4.1.引言 |
| 4.2.软材料测量系统与实验平台的搭建 |
| 4.2.1 基于自动式力加载装置测量系统的搭建 |
| 4.2.2 基于手动式力加载装置测量系统的搭建 |
| 4.2.3 软材料模型的制作 |
| 4.3.软材料测量系统实验研究与分析 |
| 4.3.1 软材料真实弹性模量的测量 |
| 4.3.2 软材料测量系统的实验研究 |
| 4.3.3 实验结果分析 |
| 4.4.本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1.主要工作总结 |
| 5.2.展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 公式推导 |
| 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录3 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 致谢 |
（7）自由空间测量设备无关的量子密钥分发实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景介绍 |
| 1.2 论文结构安排 |
| 第2章 量子通信的原理 |
| 2.1 量子密钥分发中的基本概念 |
| 2.1.1 量子比特 |
| 2.1.2 量子纠缠与Bell不等式 |
| 2.2 HOM干涉 |
| 2.2.1 单光子脉冲的HOM干涉 |
| 2.2.2 弱相干脉冲的HOM干涉 |
| 2.3 典型的量子密钥分发协议 |
| 2.3.1 BB84协议 |
| 2.3.2 Ekert91协议 |
| 2.3.3 诱骗态协议 |
| 2.3.4 测量设备无关的量子密钥分发协议 |
| 第3章 大气湍流与自适应光学技术 |
| 3.1 大气湍流介绍 |
| 3.2 波前像差与Zernike多项式 |
| 3.3 自适应光学系统 |
| 3.3.1 两类典型的自适应光学系统 |
| 3.3.2 模式法SPGD自适应光学系统 |
| 3.4 基于深度学习的自适应技术研究与探索 |
| 3.4.1 卷积神经网络的基本原理 |
| 3.4.2 波前畸变的高斯光束波前相位重构 |
| 第4章 自由空间独立源干涉关键技术 |
| 4.1 独立时钟同步 |
| 4.2 独立频率锁定 |
| 4.3 单模耦合与偏振保持干涉技术 |
| 4.3.1 单模耦合 |
| 4.3.2 偏振保持干涉 |
| 第5章 自由空间测量设备无关的量子密钥分发实验 |
| 5.1 实验系统介绍 |
| 5.1.1 实验光源 |
| 5.1.2 发射合束滤波模块 |
| 5.1.3 自由空间链路 |
| 5.1.4 符合探测与数据采集 |
| 5.2 实验流程 |
| 5.3 实验结果 |
| 第6章 完成的其它外场实验 |
| 6.1 上海城市环境白天量子密钥分发外场实验 |
| 6.2 西藏阿里地星量子隐形传态外场实验 |
| 6.3 新疆南山白天天空背景测试 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 论文规范 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（8）基于STM32的便携式胶体溶液浓度测量仪器的研究设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题来源 |
| 1.2 研究背景与意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 溶液浓度测量研究现状 |
| 1.3.2 胶体溶液丁达尔效应的研究现状 |
| 1.3.3 便携式仪器发展现状 |
| 1.3.4 嵌入式操作系统发展现状 |
| 1.3.5 光电检测技术发展现状 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 1.5 论文组织结构与安排 |
| 第2章 胶体溶液浓度检测原理以及相关技术 |
| 2.1 溶液及胶体溶液基本概念 |
| 2.1.1 胶体溶液动力学特性 |
| 2.1.2 胶体溶液光学特性 |
| 2.1.3 胶体溶液电学特性 |
| 2.2 胶体溶液浓度定量分析 |
| 2.3 丁达尔现象 |
| 2.3.1 丁达尔现象与光散射 |
| 2.3.2 胶体溶液浓度与丁达尔光强度的相关性 |
| 2.4 数字图像处理技术 |
| 2.4.1 图像传感器 |
| 2.4.2 数字图像处理技术 |
| 2.4.3 数字图像在胶体溶液浓度测量中的应用 |
| 2.4.4 数字图像与光强的关系 |
| 2.5 光电信号处理技术 |
| 2.5.1 光电元件 |
| 2.5.2 光电检测技术在浓度测量中的应用 |
| 2.5.3 光电传感器测量光强 |
| 2.6 利用丁达尔现象测量胶体溶液浓度 |
| 2.6.1 结合数字图像技术的测量原理 |
| 2.6.2 结合光电传感技术的测量原理 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 总体设计 |
| 3.1 总体需求分析 |
| 3.1.1 总体目标 |
| 3.1.2 总体性能要求 |
| 3.1.3 测量仪器工作流程 |
| 3.1.4 测量仪器功能要求 |
| 3.2 整体设计 |
| 3.2.1 硬件功能结构 |
| 3.2.2 软件系统功能结构 |
| 3.3 系统总体开发流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 仪器硬件设计 |
| 4.1 仪器硬件结构 |
| 4.2 仪器机械结构设计 |
| 4.2.1 仪器机械结构设计 |
| 4.2.2 实验仪器介绍 |
| 4.3 相关硬件设计 |
| 4.3.1 嵌入式微处理器 |
| 4.3.2 电源电路设计 |
| 4.3.3 复位电路与JTAG接口电路 |
| 4.3.4 数据存储器 |
| 4.3.5 LCD选用 |
| 4.3.6 光源以及驱动器 |
| 4.3.7 图像传感器 |
| 4.3.8 光电传感器电信号调理电路设计 |
| 4.3.9 电机驱动模块选用以及控制 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 仪器软件设计 |
| 5.1 软件需求分析 |
| 5.1.1 软件运行环境 |
| 5.1.2 软件开发环境 |
| 5.1.3 软件功能需求分析 |
| 5.1.4 功能结构模块化 |
| 5.2 主函数设计 |
| 5.2.1 主函数功能划分 |
| 5.2.2 基础功能分配 |
| 5.2.3 软件系统主函数设计 |
| 5.3 功能函数的分类与实现 |
| 5.3.1 功能函数的分类 |
| 5.3.2 光电流信号的ADC与处理 |
| 5.3.3 图像传感器的图像采集与处理 |
| 5.3.4 测量工位校准与调整 |
| 5.3.5 丁达尔光路光强测量 |
| 5.3.6 测量模型系数校准 |
| 5.4 人机交互界面设计 |
| 5.4.1 用户登录界面设计 |
| 5.4.2 测量校准界面设计 |
| 5.4.3 光电传感器用户界面设计 |
| 5.4.4 图像传感器用户界面设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 实验与分析 |
| 6.1 实验目的与内容 |
| 6.1.1 实验目的与内容 |
| 6.1.2 实验对象的选择 |
| 6.2 实验方法 |
| 6.3 测量方法有效性实验分析 |
| 6.4 测量仪器实验验证 |
| 6.5 实验结果分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
| 致谢 |
（9）低轨纳米卫星的星载GNSS精密定轨研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 精密定轨的研究现状及问题 |
| 1.2.1 导航卫星精密定轨 |
| 1.2.2 星载GNSS精密定轨及低轨卫星介绍 |
| 1.2.3 轨道确定的数据处理及质量控制 |
| 1.3 本文的主要研究内容及其意义 |
| 第二章 低轨卫星轨道确定的理论基础 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 时间系统与坐标系统 |
| 2.2.1 时间系统 |
| 2.2.2 坐标系统 |
| 2.3 GNSS观测方程及其线性组合 |
| 2.3.1 基本观测模型 |
| 2.3.2 主要误差改正 |
| 2.3.3 观测值的线性组合 |
| 2.4 椭圆运动方程及开普勒轨道根数 |
| 2.4.1 椭圆运动的基本关系式 |
| 2.4.2 轨道根数与状态向量的相互转换 |
| 2.5 低轨卫星轨道确定 |
| 2.5.1 卫星运动方程及其数值解 |
| 2.5.2 初轨确定 |
| 2.5.3 精密定轨 |
| 2.5.4 Bernese GNSS软件及其改进 |
| 2.6 小结 |
| 第三章 一种适用于CUBESAT轨道确定的GNSS有效载荷 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 CUBESAT轨道确定有效载荷的设计及试验分析 |
| 3.3 小卫星入轨快速识别 |
| 3.4 GNSS接收机星载导航解 |
| 3.4.1 导航解参数估计 |
| 3.4.2 导航解数据质量分析 |
| 3.4.3 基于导航解的接收机时钟在轨表现分析 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 GNSS有效载荷在轨导航试验及定轨分析 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 低轨卫星轨道摄动 |
| 4.2.1 轨道摄动力的先验模型 |
| 4.2.2 高斯摄动方程 |
| 4.3 GNSS载荷在轨导航性能评估及定轨分析 |
| 4.3.1 星载导航解精度评估与分析 |
| 4.3.2 利用星载导航解卫星速度信息完善CubeSat轨道确定及系统误差分析 |
| 4.3.3 轨道沿迹向经验常加速度的估计 |
| 4.3.4 基于星载导航解数据的精确轨道预报 |
| 4.4 GNSS载荷在轨导航试验分析 |
| 4.4.1 四个GNSS接收机在轨并行运行试验 |
| 4.4.2 GPS+Galileo试验 |
| 4.4.3 GPS+GLONASS试验 |
| 4.5 卫星轨道机动分析 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 CUBESAT单频GNSS轨道测定及SLR轨道检核 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 GNSS单频观测值的误差及改正 |
| 5.2.1 接收机测量误差 |
| 5.2.2 低轨卫星单频观测值的电离层误差及其改正 |
| 5.2.3 低轨卫星单频观测值的码偏差改正 |
| 5.3 事后轨道确定及结果分析 |
| 5.3.1 Kiwi原始观测数据处理及结果分析 |
| 5.3.2 Hawaii原始观测数据处理及结果分析 |
| 5.4 SLR CAMPAIGN及轨道检核 |
| 5.4.1 SLR链路预算的模拟计算分析 |
| 5.4.2 预报轨道的精度分析 |
| 5.4.3 SLR观测值检核Cube Sat轨道 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 精密钟差产品综合方法及综合产品在LEO定轨中的测试 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 IGS钟差产品的综合及验证 |
| 6.2.1 IGS钟差综合的原理和方法 |
| 6.2.2 IGS钟差综合的数据处理和比较分析 |
| 6.2.3 IGS综合钟差的PPP试验 |
| 6.3 IGMAS四系统精密钟差产品的综合及验证 |
| 6.3.1 iGMAS钟差产品综合的问题及策略 |
| 6.3.2 iGMAS钟差综合的数据处理和比较分析 |
| 6.4 综合钟差用于LEO精密轨道确定的试验 |
| 6.5 小结 |
| 第七章 总结及展望 |
| 7.1 主要研究成果总结 |
| 7.2 未来的工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得研究成果 |
| 致谢 |
（10）基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 三自由度激光干涉测量方法的研究现状 |
| 1.2.1 平行光束干涉测量方法 |
| 1.2.2 差分波前干涉测量方法 |
| 1.2.3 改进型泰曼-格林干涉测量方法 |
| 1.3 本领域的主要科学问题和关键技术问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 单光束波前零差干涉原理及其条纹数学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 单光束波前零差干涉测量原理 |
| 2.3 基于平面波的干涉条纹模型及分析 |
| 2.3.1 二维平面内的干涉条纹建模 |
| 2.3.2 平面波模型下的原理误差分析 |
| 2.3.3 三维空间中的干涉条纹建模和条纹特性分析 |
| 2.4 基于高斯光束的干涉条纹建模和条纹特性分析 |
| 2.4.1 高斯光束干涉条纹建模 |
| 2.4.2 干涉条纹特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 空间干涉条纹信号解耦方法及算法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 信号解耦方法及算法的提出和优化 |
| 3.2.1 三自由度线性解耦方法 |
| 3.2.2 干涉条纹信号的解析表达 |
| 3.2.3 信号处理算法基本原理 |
| 3.2.4 三点抛物线拟合算法及分析 |
| 3.2.5 多点高斯拟合算法及分析 |
| 3.3 解耦算法频率(角度)计算特性分析 |
| 3.3.1 频率(角度)计算分辨力 |
| 3.3.2 频率(角度)计算范围与精度 |
| 3.4 解耦算法相位(位移)计算特性分析 |
| 3.4.1 相位(位移)计算分辨力 |
| 3.4.2 相位(位移)计算精度 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 单光束波前干涉三自由度误差分析与处理方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 测量范围分析与优化 |
| 4.2.1 角度测量范围的基本限制 |
| 4.2.2 角度测量范围 |
| 4.2.3 位移测量范围 |
| 4.3 单个自由度的原理误差 |
| 4.3.1 角度原理误差 |
| 4.3.2 角度比例因子误差及其校正 |
| 4.3.3 位移原理误差及其校正 |
| 4.4 三个自由度之间的耦合误差 |
| 4.4.1 角度之间的耦合误差 |
| 4.4.2 角度与位移之间的耦合误差 |
| 4.5 系统测量分辨力 |
| 4.6 周期非线性误差分析与抑制 |
| 4.6.1 周期非线性误差源分析 |
| 4.6.2 条纹状背景图像及其抑制 |
| 4.6.3 同心环状背景图像及其抑制 |
| 4.6.4 周期非线性误差的定量分析 |
| 4.6.5 周期非线性误差的频谱分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 实验与结果分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 噪声与分辨力测试 |
| 5.2.1 噪声水平测试 |
| 5.2.2 台阶分辨力测试 |
| 5.3 稳定性测试 |
| 5.4 周期非线性误差实验 |
| 5.4.1 典型的周期非线性 |
| 5.4.2 周期非线性误差的提取 |
| 5.4.3 周期非线性误差的抑制 |
| 5.4.4 角度变化引入的周期非线性 |
| 5.5 二维空间角度校准实验 |
| 5.5.1 原理样机校准实验装置 |
| 5.5.2 角度比例因子修正 |
| 5.5.3 二维空间角度的周期非线性 |
| 5.6 成果转化应用实例 |
| 5.6.1 三自由度干涉仪演示样机 |
| 5.6.2 桌面式纳米坐标测量机原型机 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、纳米精度测量与校准系统关键技术研究（论文参考文献）
- [1]真空测试计量技术及其航天应用[J]. 李得天,习振华,王永军,成永军,郭宁,王鹢,秦晓刚,张虎忠,李刚,赵呈选. 真空科学与技术学报, 2021(09)
- [2]点衍射干涉仪衍射波矢量分析及纳米线波导衍射元件的研究[D]. 王晨. 浙江大学, 2021(01)
- [3]基于线扫描光谱共焦测量系统的数据处理与校准算法研究[D]. 刘万. 浙江大学, 2021(09)
- [4]单晶硅材料高温压痕试验与仿真研究[D]. 周水龙. 吉林大学, 2021
- [5]纳米膜厚椭偏计量方法及装置的研究[D]. 黎雄威. 合肥工业大学, 2021
- [6]基于压痕的软材料弹性参数测量系统设计[D]. 王宏程. 南京邮电大学, 2020(03)
- [7]自由空间测量设备无关的量子密钥分发实验研究[D]. 杨奎星. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [8]基于STM32的便携式胶体溶液浓度测量仪器的研究设计[D]. 孙晨光. 桂林理工大学, 2020(07)
- [9]低轨纳米卫星的星载GNSS精密定轨研究[D]. 陈康慷. 长安大学, 2020(06)
- [10]基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法[D]. 于亮. 哈尔滨工业大学, 2020