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龙图腾网获悉中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所申请的专利一种激光干涉法线/角振动同步测量装置及解耦方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119958681B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411713469.X，技术领域涉及：G01H9/00；该发明授权一种激光干涉法线/角振动同步测量装置及解耦方法是由张大治;乔蒙;段小艳;林碧雪;宋潇萱设计研发完成，并于2024-11-27向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种激光干涉法线/角振动同步测量装置及解耦方法在说明书摘要公布了：一种激光干涉法线角振动同步测量装置及解耦方法，属于激光干涉测量领域。线角振动同步测量装置包括光学系统、精密调节支架、控制器、数据采集系统、线角振动综合校准软件和一体式连接电缆。光学系统，用于发射三束测量光并聚焦在振子表面，同时接收从振子表面反回来的光能量，转换为光电信号。精密调节支架，用于精确调整光学系统的测量姿态。线角振动上位机，用于对采集到的信号进行解耦和分别获取线振动和角振动参数，实现时频域曲线的实时跟踪显示，并自动拟合和快速显示运动目标的空间运行矢量轨迹。本发明采用三光束对称差分式马赫－泽德外差干涉方法，能够同步获取被测目标的线振动和角振动参数，并实现对被校传感器的综合校准。

本发明授权一种激光干涉法线/角振动同步测量装置及解耦方法在权利要求书中公布了：1.一种激光干涉法线角振动同步测量及解耦方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、将法线角振动解耦；激光测量系统发出三束测量光，三束测量光分别定义为测量光束-左、测量光束-中、测量光束-右，测量光束-中直接入射到位于转动中心的球形猫眼反射镜，测量光束-左和测量光束-右分别从两侧对称的位置入射到角振动工作台面的侧向柱面，通过控制测量光束入射角，使1级衍射光与入射光束重合； 对于线振动的测量，由于角振动台面中心只有线振动而无角振动，因此测量光束-中直接对台面中心位置进行测量；测量靶镜采用球形猫眼反射镜，避免台面旋转和大振幅振动过程抖动导致的测量光束偏摆，保持角振动过程中反射光束的方向稳定，从而确保测量信号质量；线振动测量与传统外差激光测振原理相同，通过多普勒频移与被测速度之间的正比关系，实现对目标速度的测量； 对于角振动的测量，在振动过程中，测量光束-左测量点为线振动动速度νt和角振动速度v左t的耦合点，为了实现对角振动量值的解耦，将测量光束-左与测量光束-中的反射光进行干涉，获得光电信号-左，所述干涉即相减；由于测量光束-左的反射光包含线振动动速度νt和角振动速度v左t，测量光束-中的反射光只包含线振动动速度νt信息，因此，两者发生干涉拍频后获得的光电信号-左只包含v左t信息，即实现角振动与线振动的解耦； 同理，实现ν右t的获取，v左t和ν右t为台面中心对称位置的两个线速度量值，在半径一致的情况下应相等，为了提高角振动量值的测量准确度，通过对v左t和ν右t取平均的方式获得最终的角振动测量结果；激光测振仪测量的是角振动工作台面旋转轴等效半径R处的位移变化量，所述位移变化量即位移幅值； 根据激光多普勒公式得： v左t＝g×Δf左t 同理，得到 其中：v左t为测量光束-左测量点的角振动速度，g为λ2,Δf左t为测量光束-左测量点的多普勒频率，ω左t为测量光束-左测量点的转动速度；ω右t同理确定； 通过已知的光栅常数和台面测点半径，以及光学系统测量得到的多普勒频移，即能计算得到角速度量值； 对于同一个振动台面测点半径相同，其表面任意位置角速度相等，为了提高角速度测量准确度，采用对称测量取平均值的方式获得平均角速度量值； 步骤二、经过解耦的线角振动激光干涉信号传到上位机；通过对信号输出的幅值和相位进行解调，实现对位移、速度或加速度峰值的分析；采用的正弦逼近解调方法实现对位移、速度或加速度峰值的分析；对两路光电信号进行AD变换，两路连续的信号变成两路离散的序列u1ti和u2ti；对两路信号进行除法运算，然后对所得的商进行反正切运算，得到序列 式中： 由于反正切函数是一个多值且不连续的函数，为了获得确定的值，采用位相展开的算法来进行处理，使所获得的相位值连续；经过位相展开和适当计算以后可以得到相位值连续的离散序列 式中ki通过位相展开算法得到的各个值，ω为角速度，φ0为初相位，l0为常数； 通过计算该离散序列就可以复现出所要测量的振动信号的波形，从而得到振幅和初位相；但是，得到的幅值和相位并不准确，为了提高测量准确度，对用正弦拟合算法进行进一步的处理；正弦拟合法是将写为如下式： 式中： i＝1,2,…,n； 通过数据系列用带有直流分量的正弦函数拟合并用最小二乘法计算出上式中的A，B，C，由此知振动位移d和初相位φ0分别如下式： 对位移数据进行一、二次微分得到被测物体运动的速度和加速度；微分器的微分方程： 式中，uit为微分器的输入信号；uot为微分器的输出信号； 当噪声带宽大于信号带宽时，微分后的信噪比要变坏；微分运算必须考虑噪声对运算结果的影响，处理前的数据要求限制信号和噪声带宽，处理后必须进行低通滤波处理； 步骤三、在光电信号解调过程中，采用基于相关算法，对非平稳光电信号开展自适应优化调制，提高原始光电信号的信噪比，具体实现方法如下： 在频率估计的改进方法上，采用自相关检测法来降低信噪比，通过信号与噪声之间不存在相关性，计算出一个频率与原信号频率相同的自相关函数，然后对自相关函数进行FFT频率估计； 在初相位估计的改进方法上，利用信号与噪声的相互独立性，采用互相关函数结合最小二乘参数估计法，在估计值与真实值的误差平方和最小时建立参数估计方程组，通过求解方程组得到相位的高精度估计值； 其中将含噪声的多普勒信号处理为平滑的多普勒信号，采用邻域平滑滤波的方法进行处理； ①自相关检测频率估计法 自相关检测法是利用信号与噪声之间不相关的特性，对输入信号进行自相关分析处理，以达到提高信噪比的目的； 夹杂高斯白噪声的单频实正弦信号为 其中zn为白噪声； 通过对信号采样得到N个样值为 定义基于时间平均的相关函数为 其中τ为延时； 则信号xn的自相关函数Rxyτ为 RXXτ＝RSSτ+RSZτ+RZSτ+RZZτ 其中，Rssτ和Rzzτ分别是正弦信号sn和白噪声zn的自相关函数，Rszτ和Rzsτ分别是正弦信号sn和噪声zn的互相关函数；其中白噪声zn是随机的，它与正弦信号sn不存在相关性，所以Rszτ和Rzsτ项都趋近于零； 高斯白噪声的自相关函数在除零点以外的其他位置期望为0，即 RZZτ＝σ2δτ 其中δτ单位采样信号； 当样值N足够大时，正弦信号sn的自相关函数RSSτ为 在N足够大时，正弦信号的自相关函数是一个跟其频率相等的正弦信号；对输入信号进行自相关预处理，能够起到降噪作用，从而提高频率估计算法对正弦信号频率估计的精度； ②互相关结合最小二乘参数估计算法 最小二乘估计本质上就是参数估计，即建立关于参数的方程组，通过求解方程组进行参数的求解； 夹杂高斯白噪声的观测信号为 式中，sn为实正弦信号，zn为高斯白噪声； Φ分别为正弦信号的幅值和相位的参数估计值，考察参数估计值与真实值之间的误差平方和 当信噪比较高时，对于上式直接利用最小二乘解得到参数估计值；但是当信噪比较低时，对于上式直接利用最小二乘解得到参数估计值的精度不高，甚至无法得到参数估计值； 利用信号sn＝cosωn与噪声zn之间的不相关来减小噪声干扰，采用互相关结合最小二次参数估计的方法来建立参数估计方程组； 已知互相关函数 zn＝xn-[acoswn-acoswt] 其中幅值分量 当参数估计值与真实值的误差平方和达到最小时，根据信号sn＝cosωn与噪声zn之间的不相关，上式表示为 下式成立 展开得到参数估计方程组 对方程组求解得到a1、a2，进而得到幅值和初相位的估计值 进而实现自动获取参考信号的初相位，进而实现光电信号实时信号解算。

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