激光脉冲测距双阈值时刻判别技术研究

在脉冲式激光测距技术中,回波信号幅度和上升时间变化引起的时间晃动误差是影响激光测距精度的主要因素之一.针对时间晃动误差带来的测距精度低的难题,在分析了时间晃动误差和总结一般时刻判别技术的基础上,设计了由高速比较电路,单稳态脉冲展宽电路、脉冲延时电路和快符合电路组成的双阈值时刻判别电路,并对电路进行了误差分析.与一般的时...     

基于非对称sinc函数拟合的激光测距算法优化

小型化的高重频多脉冲激光测距机采用数字化处理确定目标距离,接收电路带宽、数字化采样精度以及滤波算法等因素会影响测距的精度,文中在对测距误差分析的基础上提出改进测距精度的算法。首先,在对激光回波信号积累以提高信噪比的基础上,对回波信号波形进行中心差分处理、斜率阈值和幅度阈值条件处理,剔除伪峰值点,初步确定峰值点位置。然后,根据初定位后的波形特点,选择相应的指数函数进行非对称sinc函数波形拟合修正,估计波峰点相对准确位置,从而输出较为精确的目标距离。最后,将改进算法在matlab中仿真,实验结果验证了文中提出的修正算法对提高激光测距精度的有效性。     

低信噪比下机载平台多脉冲激光测距机目标回波降噪算法

针对远距离飞机目标,机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制,影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和重构的回波降噪方法,首先对脉冲激光目标回波波形进行建模,然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明,所提方法可以准确提取目标峰值点位置,改善激光测距机的目标定位精度。     

数字化脉冲激光引信探测系统设计与信号处理

针对以往模拟脉冲激光引信探测系统存在的测距误差较大的缺点,为进一步提高脉冲激光引信的测距精度,设计了一种数字化脉冲激光引信探测系统.该探测系统包括发射、接收和信号处理3部分,其中信号处理部分主要实现脉冲回波信号的高速实时采样与缓存、信噪比增强与时延估计.采用双通道ADC并行采样,实现了以200 MHz的等效采样频率对脉冲回波信号进行高速采样.当脉冲回波信号很微弱时,采用多脉冲相干平均算法提高了其信噪比,增强了对微弱回波信号的检测能力.通过最小二乘时延估计算法得到了回波时延,进而计算得到目标距离.测距实验结果表明:该探测系统测距精度较高,最大测距误差为0.25 m.     

基于对称小波降噪及非对称高斯拟合的激光目标定位

针对数字体制机载多脉冲激光测距机信号处理算法引入测距误差的问题,提出减少脉冲激光回波波形失真的降噪算法以及改善激光测距精度的校正措施,可用于脉冲激光目标的精确定位。结合数字体制多脉冲激光目标检测过程分析数字信号处理算法引入的测距误差,指出信号采样率限制了目标定位的距离分辨率,低通滤波环节的非线性相频特性是造成波形失真、峰值点偏移的主要因素。然后,针对这些问题给出了改善多脉冲激光目标定位精度的具体算法:基于对称小波基实施回波信号小波分解,利用改进Donoho阈值处理小波系数,用以减小重构目标波形峰值点位置的偏移;采用差分组合函数搜索目标回波的峰值点,基于非对称高斯脉冲模型进行高采样率拟合,对峰值点位置加以校正,改善定位的精确性。通过仿真选取合适的小波基,对比不同算法信噪比改善及峰值点定位的性能。在室外高塔开展消光比激光测距实验,结果显示信噪比为1.5的激光目标定位精度小于2m,验证了多脉冲激光目标精确定位算法的性能。     

白天空间目标激光测距微弱信号探测方法

白天空间目标激光测距数据有助于提高空间目标定轨精度,在航天科研方面具有重要应用价值。白天天空背景较亮,激光测距回波信号一般很弱,从较强背景光中识别出微弱的空间目标激光回波信号十分困难。针对白天空间目标激光测距微弱信号探测技术难题,从白天天空背景噪声影响估算入手,计算了不同探测阈值情况下的测距虚警率,分析了白天激光测距距离门宽与探测阈值的关系,给出了白天对空间目标激光测距的回波信号探测阈值,提出了基于多光子探测器的白天激光测距微弱信号探测方法,并对其可行性进行了实验验证,该研究成果可应用于白天空间目标激光测距系统设计及新型激光测距系统发展研究等方面。     

脉冲压缩在激光测距中的应用

脉冲式激光测距和相位式激光测距是目前主要的激光测距方法,但是在复杂噪声环境中,容易因回波信号湮没于噪声中而失效。针对微弱回波信号的提取难题,提出了脉冲压缩式激光测距法。通过发射线性调频的脉冲激光,接收时采用脉冲压缩技术提高脉冲峰值功率,改善信噪比,从而获得湮没于噪声中的回波信号。该方法对于提高测距距离和降低激光功率具有重要的研究意义和应用价值。建立了激光测距中脉冲压缩方法的数学模型,并针对典型高斯白噪声环境进行了仿真,分析了脉冲压缩参数对测距的影响,设计了线性调频的激光信号源并基于FPGA实现了脉冲压缩信号处理。     

基于m序列的半导体激光测距技术研究与仿真

针对传统脉冲式半导体激光测距机在中远程测距的应用中,回波信噪比过低而难以检测目标信号的问题,提出了一种基于m序列的小型化半导体激光测距方案,以单周期m序列作为激光发射波形,对微弱低信噪比回波信号采用相参积累及匹配滤波相结合的数字信号处理方法。通过仿真及计算,证明本方案可以提高回波信噪比,并有效地从微弱回波信号中提取出目标信号,进而提高激光测距机的测距能力。     

差分信号时刻鉴别法的脉冲激光测距技术分析

高精度的脉冲激光测距系统一直都是激光测距领域的研究热点之一。测距误差的存在直接影响了激光测距精度的结果,利用差分信号时刻鉴别法的研究未见报道,因此对差分时刻判别法的研究具有重要意义。为了研究这一问题,对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析,可以认为幅度时间游动效应和上升时间游动效应产生的时间晃动是影响测距精度最主要的因素。通过分析可以看出,所设计的差分信号时刻鉴别电路能够有效提高测距精度,达到了设计要求。在实验测试中,差分信号时刻鉴别电路对70 m内不同距离的单次测距误差保持在9 mm以内,相比之下单端信号时刻鉴别电路的单次测距精度范围为[-12 mm,11 mm]。实验结果表明同单端信号单次测距误差相比,测距精度有了明显的提高。该方法可以为现有的如何提高脉冲激光测距精度技术提供参考价值。     

基于4元APD阵列的激光测距技术研究

提出了一种基于盖革模式(Geiger mode)下雪崩二极管(APD)阵列作为接收器件的激光测距新技术.盖革模式下的APD阵列具有单光子探测能力,能够对微弱的激光回波信号实现探测,并能够实现高精度的起始点判别,从而准确地确定激光飞行时间,最终计算出目标距离.实验结果证明相比传统的测距技术,新的测距技术可以实现低激光发射功率下的高精度,远距离测距,为激光测距技术的发展提供了一条新思路.     

CPLD在自触发脉中激光测距飞行时间测量中的应用

自触发脉冲激光测距是一种新型的脉冲激光测距方法,该方法解决了传统脉冲激光测距测量精度与测量速度之间的矛盾.其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度.设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距的飞行时间测量系统.CPLD的使用提高了激光测距的精度,并且系统结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能手持式脉冲激光测距仪.对自触发脉冲激光测距进行了实验研究,在20 m的测量范围内,获得了±0.98 mm的测距精度.     

自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究

提出一种新型脉冲激光测距方法——自触发脉冲飞行时间激光测距方法。运用该方法有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测量精度和缩短测量时间两者之间的矛盾。对该方法及本质特点进行了详细描述和理论分析,并给出用于描述该方法的基本方程。其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度。设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距飞行时间测量系统。CPLD的使用提高了测量精度,并且结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能便携式的激光测距仪。     

改进的峰值检测反距离加权插值算法

采样频率限制和回波脉冲展宽是导致数字化激光脉冲测距峰值检测精度低的主要原因。传统的反距离加权插值算法只能解决低采样频率的问题,却无力解决回波脉冲展宽的问题。针对该问题,根据回波时间能量分布模型,从采样得到的峰值位置分别向上升沿和下降沿方向搜索,各自对搜索半径内的采样点按照距离远近赋予不同权重和插值,然后加权平均提取修正后的峰值时刻。该改进算法有效地解决了回波展宽的问题,减小了低采样频率和回波脉冲展宽带来的测量误差,通过实验论证了算法的有效性。     

基于超窄脉宽激光器的厘米级测距技术研究

首先对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析,认为提高时间间隔测量计数器频率,采用快速电路,缩短激光脉冲上升沿时间和提高系统信噪比都可以提高脉冲激光测距精度,而缩短激光脉冲上升沿时间对提高测距精度效果明显。在此基础上,基于1.2 ns超窄脉宽激光器,设计了一种高精度脉冲激光测距实验装置,实验结果表明,单点测量精度小于1.2 cm。     

非合作目标脉冲相位式激光测距仪的测程研究

对于非合作目标的中程距离测量, 从测距范围、测量精度、速度和可靠性的折衷方面来讲, 脉冲相位式激光测距法优于常规的脉冲法测距和连续波相位法测距。在脉冲相位式激光测距中提出采用连续发射的正弦调制脉冲信号提高发射激光的峰值功率以提高测程, 但发射激光的平均功率被保持很低保证了发射激光对人眼的安全。同时根据硅雪崩光电二极管(Si-APD)噪声谱密度理论, 设计了具有温度补偿和反馈电阻噪声补偿的激光测距仪前放接收模块, 详细分析了背景光, 反向高压和反馈电阻对于Si-APD接收性能的影响。实验表明：根据该方法设计的前放接收模块使测距仪接收系统获得最大信噪比, APD工作在最佳倍增状态,从而提高测距仪的探测灵敏度和最大测程。     

用于采集交通数据的激光扫描器技术研究

针对交通数据采集应用,设计了一种符合一级激光安全等级的中短距离、高速、高精度脉冲激光扫描器(Laser Scanner)。为了解决激光扫描器的快速、高精度测距问题,提出了一种数字化全波形脉冲检波方法。该方法通过脉冲波形前沿拟合判定激光脉冲的达到时刻,以模拟数字转换器(Analog to Digital Converter, ADC)的采样时钟作为计数器,对回波延时进行计算;再根据回波信号的强度对测距结果进行补偿修正,显著减小了测距幅相误差。扫描器的信号处理基于高速ADC和FPGA实现。测试结果显示,激光扫描器的测距频率达到50000点/s,单点测距精度为±4 cm,能够满足车型自动分类、交通流量调查和客流密度检测等系统的数据采集需求。