基于全同弱反射光栅光纤的分布式传感研究

利用弱反射光栅低反射率的特性,提出了基于全同弱布拉格反射光栅的分布式光纤传感方案。采用光波长时域反射解调技术,进行定位和解调,实现高密集度的准分布式传感。从理论上分析了光纤光栅反射率、光栅单元间隔以及传输损耗等对传感系统复用容量的影响。结果表明,这种方法可以有效提高光栅传感系统的复用容量,并降低信号解调成本。实验验证了该方案的可行性,系统复用了4个反射率为6%的光纤布拉格光栅(FBG),实现了单点、多点测量,温度测量的分辨力达到0.12℃。     

列车定位系统中通信技术的应用探讨

先进的通信技术在列车定位系统中的应用,使得列车定位更快速、更准确。本文分析讨论了可应用于列车定位中的通信技术：卫星定位、雷达测速测距定位、查询应答器定位、扩频无线电定位。探讨了中国高速铁路列车定位以基于GSM-R的GPS定位为主、以查询应答器结合雷达测速定位为辅的应用方案;探讨了中国城市轨道列车定位以扩频无线电列车定位系统结合查询应答器、雷达测速定位的综合应用方案。     

基于光栅滤波器的新型光学图像加密技术

为了提高干涉加密技术的光学处理速度和光学实现的可行性,基于干涉原理的加密技术的思想,结合光栅滤波器的图像处理方法,研究了基于光栅滤波器的4f系统双图像光学加密技术。该技术利用已成熟的基于光栅滤波的图像相加减4f系统,将两个待加密图像转化为两个实值的白噪声,理论模拟验证了该方法的可行性和有效性。结果表明,该方法简单实用,易于光学实现并具有很高的安全性。     

基于DSP和FPGA的磁浮列车同步485通信方式研究

本文介绍了高速磁浮列车中测速定位单元与车载设备之间的通信要求,并以此为基础提出了一种基于RS485物理层同步通信的实现方法。采用Xilinx公司XC2S100作为通信收发器,采用TI公司TMS320F2812作为通信控制器,制定了系统软硬件设计方案,并通过仿真和实验验证了该方案在实际应用中的可行性。     

基于光栅投射的机器人导航视觉传感器研究

为了实现暗环境下移动机器人导航中障碍物的检测与运动机器人的定位,采用了一种组合式光栅投射立体视觉传感器研究方法,首先通过光栅投射和立体视觉相融合的方法,建立光栅投射立体视觉传感器几何和数学模型,然后利用空间设备位置约束原理和投影平面相交的方法,进行了机器人视场内空间物体的3维坐标计算,建立了可靠真实的障碍物检测和分析方法,并进行了理论分析和实验验证,取得了距离计算精度0.8mm的数据。结果表明,该方法对于图像计算的精度在亚像素级。该方法有利于目前黑暗环境中机器人无法自主导航难题的突破,为黑暗环境中无全球定位系统支持的机器人导航提供了基础探索。     

新型双频相干脉冲压缩测速测距激光雷达

激光雷达具有抗干扰能力强、分辨率高、隐蔽性好等优点,已被广泛应用于精密测量、侦察监视、火控、制导等领域。针对远程激光测速测距中回波信号微弱难以检测的现实情况,提出了一种新的双频激光测速测距方法,采用脉冲压缩技术实现信号检测。通过实验,本文对该方法的原理进行了分析与验证。结果表明,该方法可以实现对运动目标的测速与测距。     

一种新的双孔径天线干涉SAR动目标检测方法

提出了一种基于双孔径天线沿航迹向干涉SAR进行动目标检测、测速及定位的新方法.该方法在分析杂波对消必要性的基础上,给出了进行地杂波对消、动目标检测、径向速度分量估计及定位的原理和实现方法.在恒虚警处理后,通过比较杂波对消后的残差图像与原始图像中运动目标和静止目标对消幅度的差异,检测出运动目标.同时,可以利用残差图象中杂波的对消特性进行运动目标径向速度的估算以及目标的定位.这种检测方法具有良好的杂波对消性能,能够完成被地面背景杂波掩盖的运动目标的检测、测速及定位.计算机仿真结果验证了其有效性.     

基于DSP和FPGA的滋浮列车同步485通信方式研究

本文介绍了高速磁浮列车中测速定位单元与车载设备之间的通信要求，并以此为基础提出了一种基于RS485物理层同步通信的实现方法。采用Xilinx公司XC2S100作为通信收发器，采用TI公司TMS320F2812作为通信控制器，制定了系统软硬件设计方案，并通过仿真和实验验证了该方案在实际应用中的可行性。     

非均匀光栅测速及其信号处理

本文提出并实现了一种新的透射光栅测速技术——非均匀光栅测速法。它采用一种栅距不变而缝宽渐变的非均匀光栅获得同时含有速度和方向信息的光栅调制信号.通过测量光栅调制信号的后沿周期来确定速度的大小,通过比较光栅调制信号的前、后沿周期的大小来判断速度的方向.文中还介绍了光栅调制信号的处理方法,给出了对转轮边缘的细丝和流水速度的实际测量结果:在两个实验中,实测值与理论值的相对误差小于5%,转轮实验中方向判断正确的概率为1,在水流实验中方向判断正确的概率在0.62～0.9之间.实验结果证实非均匀光栅测速的可行性,也证明了所用的信号处理方法的正确.     

气液两相流中改进图像互相关测速的完整实现

针对气液两相流中密集气(液)相速度场准确测量的需要,提出了改进图像互相关测速的完整实现方法。基于傅里叶变换的图像互相关测速原理,采用回归迭代互相关算法以提高测量精度,基于相邻速度属性对误矢量进行修正,并采用亚像素拟合方法准确定位,通过对不同拟合算法进行比较,验证了3点高斯拟合算法的优越性。实验结果表明,本文提出的测量方案可以有效提高图像互相关测速的精度。     

基于全站仪的无轨测量技术在接触网工程中的应用

测量是铁路供电系统中首要的接触网工程,也是最重要的施工环节之一。随着轨道交通带给人们更多便捷的出行方式和潜在的经济价值,每个城市都在大力发展轨道交通。为了加快施工进度,每条线路施工工期较为紧张。因此,文章将引进一种结合Excel和CAD使用全站仪进行接触网现场测量的方法,并结合实际工程,探索该测量方法应用的可行性和经济性。     

基于STM32F103VCT6的微位移控制系统设计

为实现X-Y-Z三维工作台的精确定位,设计了一种基于STM32F103VCT6单片机和步进电机的三维微位移控制系统。该系统可与上位机实现串口通信,接收上位机命令并把处理结果反馈给上位机;根据光栅传感器提供的位置反馈信息,系统可以通过对步进电机的方向、速度调节来实现精确定位;采用匀加速和匀减速方式对步进电机的速度进行调节,避免了因步进电机的突然加速和急停所带来的丢步和冲击现象。控制系统的测量实验结果表明,步进电机运行平稳,噪音低,定位精度高,控制系统性能稳定可靠。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

基于图像式传感器的铁路轨距检测系统研究

传感器在铁路安全维护方面应用广泛。为了实现实时在线轨距测量,将激光技术与CCD图像式传感器相结合,建立车载轨距机器视觉检测系统。首先介绍系统的构成与工作原理,并提出基于去噪前置与距离变换算法的快速轨道轮廓中心线提取方法。然后采用强对比度拉伸和指数变换的方法进行图像增强,并结合高斯平滑与动态感兴趣区域对图像进行快速去噪前置处理。最后对图像进行精确阈值分割处理,采用距离变换的方法得到轨道轮廓中心线并定位轨距测量点。结果表明,该系统检测精度满足-1mm~+1mm,图像帧处理速率为14.35m/s。轨距机器视觉检测系统满足实时在线轨距检测对系统鲁棒性、检测速度和精度的要求。     

基于非切趾短FBG光栅的小信号测量方法

为解决基于图像传感器的FBG解调系统精细测量的问题,提出了使用非切趾FBG测量弱信号的方法。设计出了非切趾FBG反射谱近似模型,采用对数放大的方法提高非切趾FBG的旁瓣,在较宽的光栅频谱范围内,进行光谱相关解调并给出解调算法。基于蒙特卡洛方法对非切趾光栅测量仿真,并搭建实验系统对非切趾FBG、宽带高斯光栅进行对比测量实验。研究结果表明,基于非切趾FBG的弱信号测量方法可有效提高波长测量精度,通过相关解调,可使测量精度达到宽带光栅的2倍。     

基于三维激光成像技术的扣件缺损自动检测

随着我国轨道交通的快速发展,其维护工作日益繁重,传统检测手段及技术难以满足现有的需求,轨道检测的快速化及智能化迫在眉睫。为了弥补这些检测方法的不足,本文基于非接触式激光三角测距原理,自主研发了一套高速线激光测量系统。首先是通过改进的灰度权重模型法提取激光中心线,可以得到更加精确的轨道扣件高度信息;其次使用Phone光照模型对点云数据渲染,可以直观显示采集对象的高低起伏情况;最后利用K均值聚类法进行扣件病害类别识别。检测结果为：扣件缺失与扣件异物检测成功率分别为98%、100%。尤其使用改进的灰度权重模型法,精确的提取激光中心线,得到高精度的三维纹理信息,具有很高的推广应用价值。     

A correction method of color projection fringes in 3D contour measurement

In the three-dimensional (3D) contour measurement, the phase shift profilometry (PSP) method is the most widely used one. However, the measurement speed of PSP is very low because of the multiple projections. In order to improve the measurement speed, color grating stripes are used for measurement in this paper. During the measurement, only one color sinusoidal fringe is projected on the measured object. Therefore, the measurement speed is greatly improved. Since there is coupling or interference phenomenon between the adjacent color grating stripes, a color correction method is used to improve the measurement results. A method for correcting nonlinear error of measurement system is proposed in this paper, and the sinusoidal property of acquired image after correction is better than that before correction. Experimental results show that with these correction methods, the measurement errors can be reduced. Therefore, it can support a good foundation for the high-precision 3D reconstruction.     

高精度控制光电光栅刻划机的光栅外差干涉仪

为提高光电式光栅刻划机的控制精度,设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础,结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析,设计了基准光栅,并进行了大量的实验研究。由实验研究可知,这种利用光栅的自准直衍射和以光栅栅距作为计量基准的干涉测量系统,具有受环境因素的影响低,结构简单、装调方便等优点;采用双频激光得到的测量信号增益大,信噪比高;该系统用于光栅刻划,得到的栅线间距刻划偏差优于10nm,在3mm行程内累积误差约为0.3μm。结果表明,该系统具有纳米级分辨力,用于实时测量控制系统,测量误差很小,完全达到了中阶梯光栅等特种光栅对刻划机的高精度分度要求。     

基于知识图谱的城市轨道交通突发事件演化结果预测

准确预测突发事件的演化结果,对城市轨道交通系统制定应急方案、保障安全运营,具有重要的参考意义。目前突发事件演化结果预测方法智能化程度不高,过分依赖决策者主观设定的特征权重、检索模板,复杂、准确性低且应用性较弱。该文基于知识图谱(KG)和关系图卷积神经网络(R-GCN)模型提出一种城市轨道交通突发事件演化结果预测方法。首先,构建城市轨道交通突发事件知识图谱,将与事件相关的场景信息进行结构化处理;其次,基于关系图卷积神经网络模型构建城市轨道交通突发事件结果的预测模型;最后,利用城市轨道交通突发事件案例库进行验证。实验结果表明,所提预测方法具有较好的准确率、较强的普适性,可为轨道交通应急管理提供方法和技术支持。     

光纤光栅传感器阵列在空间温度场测量中的应用

提出了一种基于光纤光栅(FBG)的温度传感测量系统,其可应用于空间温度场的分析与研究。该系统主要由FBG阵列、光纤解调仪和上位机组成,可以在复杂的环境下进行实时多点测温,实现对环境中的温度场进行监控与温度记录。经实验验证,该测量系统准确的实现了对空间中各点温度的实时测量。该系统具有空间分辨率高,响应速度快,抗电磁辐射等特点,为空间温度场研究及特殊工况下的温度场监测提供了有力手段。