激光扫描转镜扫描轨迹的分析计算

扫描转镜是激光扫描探测系统的重要组成部分。从几何光学原理出发,以旋转六面转镜扫描为例,推导出扫描轨迹的表达式,分析了入射光线位置与扫描轨迹的关系,并给出了扫描角度与扫描轨迹的关系曲线。系统本身的结构特点是产生扫描非线性和非对称性的根源。为了减小扫描轨迹的非线性,提出了一种使用曲面反射镜的扫描系统,并对其扫描轨迹进行了求解和计算。由计算结果可知,该系统能有效克服平面转镜扫描系统的非线性特性。     

矢量内积法高速相位式激光测距技术

测量速度和测量精度是相位式激光测距系统的两个重要指标。针对高速高精度测距需求,研究了基于矢量内积(Vector Inner Product, VIP)法的高速数字鉴相方法,从鉴相计算的点数、鉴相计算速度和鉴相精度等方面对VIP法的鉴相性能进行了仿真分析和实验测试,并与传统的数字频域鉴相法(Discrete Fourier Transform, DFT)进行了性能对比。仿真和实验结果表明,VIP法具有更高的鉴相速度和鉴相精度,当信号调制频率为50 MHz时,基于高速采样板卡实测得到的鉴相精度优于0.1°,测距精度0.2 mm以内,相同计算点数VIP法的鉴相处理速度是DFT法的3倍。研究结果表明,VIP法具有鉴相精度高、鉴相速度快的优点,适用于高速高精度激光测距系统。     

基于ZEMAX的半导体激光准直仿真设计

为了压缩905nm的半导体激光,以用于远程测距,采用几何光路原理,设计了由两个相互垂直的椭圆柱面透镜组成的准直系统,并在ZEMAX软件的非序列模式下实现仿真。半导体激光器快慢轴的初始发散角为30°和15°,经过柱面透镜后,半导体激光器两个方向的发散角都大大压缩;经准直后,激光束的快慢轴发散角分别为4.4mrad和3.6mrad,基本满足了远程测距的要求。结果表明,椭圆面柱透镜对半导体激光有很好的准直作用。     

飞秒激光频率梳精密测距技术综述

高精度绝对距离测量在科技发展中具有重要的作用,传统的测量方法已无法满足日益提高的测量要求。光学频率梳是重频和相位完全锁定的锁模脉冲激光,具有很高的空间、时间和频率分辨率。基于光频梳的测距技术由于在大尺寸计量及未来空间任务中的应用潜力引起了极大关注。介绍了光频梳测距技术的发展与现状,重点介绍了5种测量原理,包括合成波长干涉法、多波长干涉法、色散干涉法、双光梳干涉法和飞行时间法。     

激光跟踪仪精密跟踪系统的设计

对激光跟踪仪的跟踪伺服控制系统进行了整体研究并给出了总体设计方案。针对跟踪目标的精密探测问题,研究了新型探测手段以及微弱光电信号的精细调理技术与数字滤波方法,使得脱靶量探测稳定性优于±2.0μm。针对跟踪角度精密测量问题,设计了圆光栅数据采集系统,实现了角度脉冲的细分、辨向与准确计数;基于谐波分析方法建立了跟踪过程中的误差补偿模型,将角度测量精度由3.5″提高到1.5″。建立了跟踪伺服电机的数学模型,分析了电流环在跟踪控制中的作用机理,提出了电流、速度、位置三闭环控制结构和复合跟踪控制策略。跟踪实验表明:系统最远跟踪距离不小于41.7m,跟踪速度不低于2.0m/s。该项技术还能为空间动态目标跟踪、激光通信等提供有益借鉴。     

脉冲激光测距时刻鉴别方法的研究

介绍了一种用于脉冲激光测距技术的双阈值前沿时刻鉴别方法。分析了由接收信号幅度变化引起的计时误差。 采用双阈值前沿时刻鉴别方法产生了飞行时间测量的停止信号和与幅度相关的时间点信号。使用高精度时间测量芯片测量了脉冲信号飞行 时间和信号幅度相关的时间间隔,并对由时刻鉴别器产生的漂移误差进行了修正,获得了误差为$\pm$ 3cm的测距结果。与其它时刻鉴别方 法相比,该方法无需增益控制,其电路结构简单,动态范围宽,而且在脉冲幅度饱和后仍能对漂移误差进行修正。     

基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统

提出了一种基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统;基于光线追迹方法建立跟踪系统的几何光学模型,并对跟踪系统进行误差分析,通过仿真对激光跟踪系统的指向精度以及跟踪性能进行分析。仿真结果表明:在跟踪距离100 m处,跟踪系统的位置指向精度可达0.35 mm,角度指向精度为0.72″,跟踪范围为-10°～10°,最大跟踪速度可达3.6 rad/s,能够实现对远距离快速运动目标的高精度实时主动跟踪。     

TO3封装单管芯半导体激光器光束整形实验研究

针对用于短距离激光主动照明成像的TO3封装单管芯半导体激光器存在光束发散角大和均匀性差等缺点,提出一种简易可行的整形方案,并进行了理论分析和实验设计.实验中选用折射率为1.45,纤芯半径为120μm的石英光纤和塑胶非球面透镜,最后取得了光束发散角达10mrad,光斑近似为正方形,整体透过率为90%的实验结果.     

激光跟踪仪目标脱靶量精密探测方法

激光跟踪仪是一种用于大尺寸空间精密几何坐标测量的重要光学测量仪器。PSD是激光跟踪仪实现对合作目标精密跟踪的脱靶量传感器件,其探测精度直接影响跟踪测量性能。首先,简要介绍了激光跟踪测量系统及基工作原理,然后根据系统需求提出了脱靶量精密探测方案。重点讨论了I/V变换、信号放大、滤波、参数匹配等硬件设计方法以提高PSD输出微弱电流信号的稳定性,研究提出了基于FPGA和有限状态机的去极值平均滤波算法和扩展除法运算算法分别用于降低噪声干扰与提高测量精度;数据表明在4mm4mm的区域内脱靶量探测稳定度优于2m。采用该方法实现激光跟踪仪对合作目标的动态跟踪,很好地满足了激光跟踪仪的精密快速跟踪需要。     

非扫描激光主动成像制导技术研究

提出一种非扫描激光主动成像制导技术.该技术采用半导体激光器光源、非扫描成像和直接探测方式,进行了理论分析和模拟仿真,取得了实时跟踪并攻击速度为0.5m/s的模型小车的实验结果.结果表明,该技术具有小体积、低价格、结构紧凑、帧频高和分辨率高的显著特点,能够实时获得目标二维强度像、目标距离和弹目接近速度等重要信息,是真正实现激光全主动制导技术的有效途径.