采用四象限探测器的激光跟踪系统设计

为简化自由空间激光通信的跟踪系统,本文采用四象限探测器检测目标位置,通过峰值保持电路稳定激光脉冲峰值并计算脱靶量,结合角速率和角位置信息,采用基于位置环、速率环、电流环的闭环控制算法实现视轴稳定与目标跟踪。仿真设定载体扰动频率为3 Hz时,系统的隔离度达到1.0%;目标位置±20°正弦变化时,能稳定跟踪;脱靶量噪声是跟踪误差的主要因素,峰值信噪比20 dB时,跟踪误差0.07°。结果证明系统设计可行,为激光跟踪样机研制奠定了基础。     

四象限探测器测角算法分析与改进

四象限探测器测角误差是影响激光跟踪系统精度的关键,因此算法设计是提高跟踪系统跟踪精度的根本。首先分析了消除光学系统四象限探测器测角误差的几种算法,随后在不考虑非均匀性的影响下的条件下,提出了将插值法和传统算法相结合的一种改进算法,测角误差能控制在0.1°之内且容易实现。     

FBG电流互感器非线性校正系统研究

为了提高电流互感器的测量精度,减小相位误差 ,研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的光纤光栅(FBG)电流互感器非线性校正系统,分析 了超磁致伸缩材料GMM,giant magnetostrictive material)的 磁滞特性,采用参数可变曲线拟合法实现数据的非线性校正处理。通过FP GA完成数据采集、 滤波、缓存、分频、校正处理和数据转换等单元的设计,实现了对电流互感器输出信号的实 时非线性校正,减小了GMM的磁滞特性对FBG电流互感器的影响,使电流互感器的 相位误差由7°降为1°,幅度误差小于1%,提高了电流测试系统的测量精度。     

基于FPGA的DDS双相信号发生器设计

直接数字频率合成(DDS)广泛应用于电信与电子仪器领域,是实现设备全数字化的关键技术。基于Altera的现场可编程门阵列(FPGA)核心板DE0-Nano,结合高性能的THS5615A数模转换芯片,完成了DDS的硬件设计与实现。实测结果表明,对于频率范围在0.1 Hz~7.3 MHz的正弦信号,输出信号的频率精确度优于0.5%,移相范围0°~360°,移相误差约为0.5°,且相位以1°任意步进,具有电路简单,输出波形调整灵活以及性价比高等特点。     

KTP光学参量振荡器输出激光的空间模式和光束质量

理论上通过二维傅里叶变换求解耦合波方程 ,分析了KTP光学参量振荡器 (OPO)信号光的空间分布 ;实验上利用Nd∶YAG倍频激光 ( 5 3 2nm)抽运非临界 (θ =90°,φ=0°) 及临界相位匹配KTP (θ =62 7°,φ=0°) OPO ,测量了参量光的空间分布、远场发散角及M2 因子等参数 ,讨论了抽运功率、谐振腔长、残余光后向二次抽运对OPO参量光的发散角和光束质量因子M2 的影响。     

一种用于动中通天线的新型波导极化器

低剖面动中通系统中由于天线形式和空间的限制, 通常需要单独的极化器来进行极化跟踪。提出一 种用于动中通天线的新型波导极化器组件, 用于输出相位相同、功率比可调的两路信号。通过一个同轴式正交模耦 合器(OMT)和一个可旋转的180°介质移相器来实现任意角度的线极化, 采用垂直-水平通道相位一致的OMT 进行极化分离, 保证了要求天线处于45°极化角时垂直-水平通道的幅度误差和相位误差降低到可接受的范围, 从而保证了系统的交叉极化隔离度。     

基于数字高频检相式的激光测距光学系统设计

为了改善相位差法激光测距测量精度低的现状,采用高频检相法代替模拟测相法,即数字高频检相式的激光测距光学系统来提高测距精度。实现了10MHz的激光调制频率,设计了准直透镜,给出了设计指标,利用ZEMAX软件对光束准直前后进行了对比分析,并通过实验验证了光学系统设计的可行性。结果表明,标准差最大为0.12°,重复距离精度可约达1mm,误差最大为0.09°,最小为0.011°,说明测量的重复性比较好、稳定度高,满足了精度要求,达到了提高精度的目的。     

压电谐振器数字化闭环驱动电路

为使微机电系统(MEMS)压电谐振器工作在谐振频率点并使其输出信号幅值稳定,该文采用基于现场可编程门阵列(FPGA)数字化的双闭环控制算法来实现共振频率跟踪和稳幅激励,数字化双闭环控制算法包含锁相闭环算法和稳幅闭环算法;采用模数转换器(ADC)对压电谐振器输出信号采样,使用两路正交信号对被采样信号的相位和幅值解调;采用数字锁相环技术实现了压电谐振器谐振频率的跟踪激励。为减小压电谐振器在谐振处输出信号幅值的波动,采用数字稳幅技术实现了压电谐振器输出信号幅值的稳定控制。实验结果表明,电路能将驱动信号和输出信号相位差锁定在93.89°~95.95°,输出信号的幅值稳定在496~504 mV,达到了很好的谐振频率跟踪和稳幅效果。     

使用自适应阈值的图像篡改检测与定位算法

为了实现对机载移动目标的快速捕获和粗跟踪瞄准,设计了粗跟踪演示系统,完成了外 场飞行实验的 初步验证。本文系统利用GPS数据完成对目标的捕获,通过对姿态数据的校正,方位误差降 到0.60°(1σ),俯 仰误差降到0.40°(1σ),有效缩小了不确定区域;系统还对跟踪算 法进行了优化改进,利用分段式函数等效 非线性调整函数,有效解决动态目标跟踪时快速调整和超调之间的矛盾。飞行实验表明, 本文的粗跟踪演示 系统的捕获时间优于10s,粗跟踪精度优于480μrad,为精跟踪子系统实现最终的目标精确跟踪瞄准提供了 有利条件,实验结果验证了该系统用于激光通信链路快速建立的可行性。     

1″级四面体组合合作目标激光雷达散射截面实验与理论研究

采用激光雷达散射截面（ＬＲＣＳ）测量系统，在１．０６μｍ激光波段，测量了１″级四面体角反射器俯仰角０°时，方位角±５０°范围的ＬＲＣＳ，并对由四面体角反射器组合而成的梯形合作目标进行了俯仰角０°～２４°变化时，方位角±６４°范围的激光雷达散射截面测量，角分辨率１°。给出了实验曲线与数据，实验结果与理论计算较好吻合。表明合理选择角反射器组合形式，保证加工精度，可以增强反射信号，扩大光测范围，实现在恶劣条件下，雷达的远程和大角度范围跟踪。最后讨论了影响测量精度的原因。     

基于自动数字检相技术的激光测距仪设计

设计了一个基于自动数字检相技术的相位式激光测距系统。该系统采用DDS技术产生所需要的测距信号,提高了信号的频率稳定度,消除了信号源频率漂移引起的测距误差;该系统还对自动数字检相技术进行了改进设计,改进后的自动数字检相器能够消除波形变换零点漂移及高频干扰引起的检相误差,提高了检相精度。实际测距实验表明该系统具有较好的测量精度。对测试结果进行了分析,指明了今后研究的方向。     

改进型相位式激光测距电路的设计

为了提高无合作目标的相位式激光测距系统的稳定性和精度,并简化测距系统,设计了一种相位式激光测距系统的发射和接收电路.采用了双频调制、直接数字频率合成器(DDS)、差频测相技术等原理.进行了理论的研究、分析和实际的电路实验.利用DDS产生的正弦波信号进行调制发射,并且对非合作目标反射回来的激光信号进行接收、调理,并进行数据处理.在设计中,优化了系统的调制发射电路,采用新的光电探测器和高压偏置电路,增加简单实用的自动增益控制(AGC)模块等.实验结果表明,该测距系统简单有效,具有较高的测量精度和稳定性.     

新型相位式激光测距系统电路的设计

为了提高相位式激光测距系统的精度和可靠性,设计了一种新型的相位式激光测距系统的发射和两路几乎一致的接收电路。通过采用具有微小频差的低抖动时钟发生技术,差频测相技术等原理,系统可以实现特定环境下的高精度测量。系统由级联式PLL可编程时钟信号源、激光发射与接收模块、自动增益控制、混频滤波及数据采集组成。利用时钟源产生调制信号,并对反馈信号和接收信号进行放大、混频滤波等信号调理,进而采集数据并对数据进行处理分析。在电路的设计中,优化了激光的调制发射电路,采用低回波损耗的尾纤式激光器,增加简单实用的自动增益模块等。实验观察的波形和数据结果分析表明,此相位式激光测距系统电路简单实用,并且具有较高的稳定性和较高的测量精度。     

一种基于STM32的目标实时跟踪系统研究

为了解决现有目标跟踪系统难以小型化和跟踪速度慢的问题,设计了一种以型号为STM32F103ZET6的32位ARM处理器为主控芯片的二维运动目标跟踪系统.系统包括搭载了高清网络摄像机的二维跟踪云台和以STM32为核心的超声电机双路驱动器.系统通过上位机图像处理识别目标,控制下位机超声电机双路驱动器驱动二维云台跟踪目标.实验结果表明,该系统响应速度快、结构简单且跟踪精度高,云台可实现水平方向0°～360°、竖直方向0°～180°旋转.     

相干式CO_2激光边缘跟踪雷达光学系统

根据目标激光散射回波的基本特性和边缘跟踪概念，设计并制作了一套单管调频连续波（ＦＭＣＷ）体制的相干式ＣＯ２激光雷达光学系统。这套系统的组合像差弥散斑直径约５０μｍ，用０．１８ｍｒａｄ全发散角的细光束照射目标产生了较好的误差信号。激光束模式较好时，系统接收到了７．８ｋｍ处房屋的后向散射信号，经扫频窄带滤波后，信号具有较高的信噪比，此时激光器输出功率约为５Ｗ。     

基于激光自混合干涉的高精度角度测量方法

针对光学高精度角度测量技术的需求,基于激光自混合干涉技术提出一种高精度角度测量方法。建立了激光自混合干涉技术高精度测量角度的系统模型,利用干涉条纹计数法分析出目标物体具有角度变化时,外腔长度产生的变化量,并通过激光三角法测量原理计算出目标物体旋转的角度,从而构建出精确的角度测量系统。实验结果表明:该测量系统在±0.4°角度范围内测量精度可达(±3.1×10-3)°,具有精度高、速度快等显著优势,是对现有高精度角度测量技术的一种有益补充。     

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。     

多目标环境中的认知雷达跟踪方法

研究了多目标环境中的认知雷达目标跟踪问题,提出了一种基于波形优化和快速粒子滤波的多目标跟踪方法。在量测模型中,基于采样的接收数据建立量测方程,以克服多目标跟踪中的数据关联问题;在状态模型中,与量测模型相匹配,联合估计目标运动状态（位置、速度）和散射系数。为实现多目标跟踪和提高跟踪性能,从联合收发自适应处理角度出发设计跟踪算法和发射波形:1）接收自适应。由于量测数据的维数以及跟踪模型的非线性程度较高,为实现对多目标的有效跟踪以及降低跟踪算法的运算复杂度,采用改进的粒子滤波方法对目标状态进行实时估计;2）发射自适应。考虑到信噪比与跟踪性能关系以及量测模型的特点,基于最优信噪比准则实现了对发射波形的优化。仿真结果表明文中所提出的跟踪方法能够有效的跟踪上目标,且所设计的自适应波形的跟踪性能优于传统固定波形。