基于波形匹配的高分七号星载激光测高仪山地区域脚点定位方法研究

提出了一种基于波形匹配的激光脚点定位方法,该方法以机载激光雷达点云数据作为参考,通过对观测弧段内激光脚点的单点波形匹配和系列脚点相关系数联合处理的方式,精确计算激光指向和距离信息,实现了对高分七号卫星激光脚点在起伏山区的精确定位。使用美国犹他州山地区域的机载激光雷达点云作为当地实测现场数据,对基于论文方法高分七号星载激光测高仪的精确定位数据进行了实验验证。在平均坡度达到20°的犹他州实验区域,观测弧段内高分七号激光脚点高程精度从精确定位前的（2.45±2.93） m提升至（0.27±0.61） m。试验结果表明,该方法可以有效提升高分七号星载激光测高仪观测成果在起伏山区的精度。     

基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定

在轨标定技术是影响星载激光雷达光斑定位精度的核心技术之一。介绍了目前国内外星载激光雷达的在轨标定技术发展现状,分析了各类在轨标定技术的特点。针对新型的光子计数模式星载激光雷达的特性,提出了一种基于自然地表的星载光子计数激光雷达在轨标定新方法,使用仿真点云对标定算法的正确性进行了验证,并分别使用南极麦克莫多干谷和中国连云港地区的地表数据和美国ICESat-2卫星数据进行了交叉验证实验,实验结果表明:算法标定后的点云相对美国国家航空航天局提供的官方点云坐标平面偏移在3 m左右,高程偏移在厘米量级。文中还利用地面人工建筑等特征点对比了算法标定后的点云与官方点云之间的差异,最后对基于自然地表的在轨标定方法的精度以及标定场地形的影响进行了讨论。     

新型宽量程浊度传感器设计

针对90°散射法和表面散射法分别只适用于低浊度和高浊度范围测量的技术特点,提出了一种90°散射法与表面散射法相结合的宽量程浊度测量新方案.基于该思想设计了新型的浊度探测结构,将两种浊度测量方法集成于一个浊度传感器探头,大大拓宽了浊度测量范围,且有效降低了传感器的体积和成本.实验结果显示:该浊度传感器能够准确测量0～4 000 NTU范围内待测溶液的浊度,且测量精度在±5％FS以内,在保证测量精度的前提下显著提高了浊度传感器的测量范围.     

车载激光雷达Risley棱镜光束扫描系统

光束扫描系统是激光雷达的重要组成部分,决定了激光雷达的视场范围。为了增大视场范围同时保持一定的角度分辨率,车载激光雷达中常采用多个半导体激光器作为光源,而不同激光器的时间响应存在差异,使激光雷达的不同测距通道之间产生测距互差。Risley棱镜是一种常用的光束指向器件,具有扫描范围大、指向精度高等特点,在车载激光雷达的光束扫描上具备良好的应用前景。本文建立了Risley棱镜的光束指向角模型与扫描轨迹模型,在此基础上合理设计了扫描系统的光机结构,解决了Risley棱镜扫描不均匀的问题,用单路激光光源实现了大视场的二维扫描,水平视场角和垂直视场角分别达到360°和30.4°,当激光器脉冲重频为1MHz,扫描频率为5Hz,扫描线数为30线时,水平分辨率为0.05°,垂直分辨率为1.0°。该系统的技术指标与主流车载激光雷达相当,且消除了多路激光器之间的互差,可有效提高激光雷达的整体测距精度。     

基于偏振光的散射式浊度仪的设计与实现

针对常用光学浊度测量方法容易受背景光影响引起测量误差的问题,提出了一种基于偏振光的垂直散射式浊度测量方案.利用偏振片的起偏和检偏功能,实现偏振光的产生与检测,有效地降低了背景光带来的测量误差.运用低漂移、低噪声的高性能运放电路实现电路系统的驱动与信号处理,提高浊度的测量精度.实验结果显示,在不同的背景光条件下,该浊度仪能够准确测量0～400 NTU浊度范围内的待测溶液的浊度,且测量精度在5％F.S以内,表明该浊度仪具有较强的抗干扰能力.     

一种高精度低功耗的APD偏置电压模块设计

设计了一种具有升压和自动温度漂移补偿功能的雪崩光电二极管(APD)偏置电压模块,该模块包含正反馈振荡器、高频全波整流电路和温度补偿器.正反馈振荡器实现DC/AC的变换,并通过变压器进行电压放大;高频全波整流电路通过AC/DC变换输出直流高压;温度补偿器通过模拟温度传感器自动补偿APD的温度漂移.该模块大小为1.7 cm×2.7 cm,最大功耗为100 mW,输出电压在0～372 V连续可调,且最大纹波不超过0.004％,通过对模块中元器件参数的调整,能够对任意型号的APD进行电压偏置和温度补偿,偏置电压最大偏差不超过0.005％.