高精度激光动态测试技术初探

激光测距仪在研究过程中,主要是通过地面检测方法对测距仪的性能指标等加以测试研究,在整个工作过程中也是重要的工作内容.根据激光测距仪的基本工作原理,再设计出高精度激光动态测试系统,综合分析影响高精度的误差因素等,最终能够实现对激光测距仪的精度测量.相比起传统测试方法而言,激光测距仪具有以下两种特点:其一,精度高;其二,模拟距离动态的范围比较大.研究结果表明,高精度激光动态测试系统距离范围能够达到16m~28km,模拟精度超过0.16m.高精度激光动态测试系统在操作过程中既简单又方便,除此之外,具有比较强的实用性.高精度激光动态测试系统能够满足现阶段各种激光测距仪的基本需求.     

一种高精度大动态范围的距离模拟脉冲发生方法研究

现有的产生距离模拟脉冲的方法中,数字延时电路只能达到ns量级的精度,模拟延时电路的延时范围又不足够作为距离模拟脉冲的使用,为了实现高精度大动态范围的延时,来产生激光测距仪的距离模拟脉冲,在研究了现有方法的基础上,采用了数模结合的方案,设计了一种同时满足高精度和大动态范围的延时脉冲信号发生电路,并对其精度和重复性进行了测试,可以实现2 s～4 ms 的延时范围并具有0.1 ns的延时精度,即可以模拟300 m～600 km的距离并具有 1.5 cm的距离精度。解决了现有的距离模拟电路无法同时满足高精度、大动态范围的矛盾。     

激光测距仪距离模拟源技术研究与精度分析

在对激光测距仪进行性能测试时,需要输入高精度、稳定且可调的仿真距离测试值.对激光测距仪的地面距离模拟源技术进行了研究,设计了集成激光接收和发射单元的距离模拟源系统,通过使用同步时钟计数的方法实现长度可实时输入的延时,以模拟激光测距仪从激光发射到接收激光回波间的时间间隔,并对影响距离模拟精度的系统误差和随机误差源进行了分析和计算,最后通过高精度时间间隔测量装置对距离模拟源进行了实际模拟精度的测量,验证了距离模拟源提供的距离值的绝对精度和相对精度.     

水下相位式激光测距定标方法

基于相位式激光测距的工作原理,提出了将相位式激光测距仪用于水下测距的思路,从原理上分析了水下相位式激光测距的可行性。通过水下距离测量实验,对水下相位式激光测距可行性进行了验证,完成了水下相位式激光测距仪的测距定标算法,并探究了水体浊度对相位式激光测距动态范围和测距精度的影响。实验结果表明,经过定标校正后的水下相位式激光测距仪在水下3.5 m范围内测距误差平均值不超过3 mm,测距范围与水体浊度间存在指数衰减关系。该水下相位式激光测距仪为水下距离的探测提供了一种新方法,可实现水下目标近距离的精确测距。     

基于距离约束的InSAR长基线高精度动态测量方法

为了获得高精度的高程信息,干涉SAR系统需要采用长基线结构,进而要求对长基线进行高精度的动态测量。该文针对单相机和激光测距仪组合基线测量系统,提出了一种新的基于距离约束的基线联合动态解算方法。该方法通过对空间后方交会模型增加距离约束条件,实现了对双天线干涉基线的高精度测量。论文对该方法进行了原理性分析和地面实验验证,该方法在约50 m的摄影距离处基线长度测量精度优于1 mm,姿态角精度优于60, 实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

一种机载双天线InSAR基线动态测量方法

机载双天线InSAR系统两个天线非刚性连接时,为保证高程测量精度和成像质量,必须对干涉基线进行动态精密的测量。该文研究了一种基于单相机和激光测距仪组合的动态基线测量方法,通过分别测量两个天线的中心位置和姿态,得到干涉基线长度和基线角。论文对该方法进行了原理性研究和地面验证实验,实验通过可精确控制轨迹的运动平台模拟天线运动,实验结果表明该方法在8 m摄影距离处位置测量精度优于0.2 mm,姿态角精度优于70,是动态测量干涉基线的有效方法。     

高精度延时电路在激光测距仪器检测中的应用研究

基于计数器的延时电路是激光测距仪器模拟检测常用的延时器, 但其启动信号与首计数脉冲之间往往存在小于一个计数时钟周期的偏差, 提出一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)的补偿方法对该偏差进行补偿。该方法利用FPGA内部的进位延迟线实现时间-数字转换电路, 可精确测量计数器启动信号与首计数脉冲间的时间偏差, 分辨精度可以达到80 ps。该时间偏差转化为模拟距离偏差值用于对计数器延时效果进行补偿, 大大提高了延时时间模拟空间距离的精度, 增强了对激光测距仪器的模拟检测能力。     

脉冲式高精度激光测距技术研究

本文对脉冲式激光测距仪的误差来源进行了分析,着重讨论了影响测距仪随机误差的几个因素。通过分析可以 看到,提高时间间隔测量电路的分辨率,采用高速阈值鉴别芯片以及缩短信号上升沿是提高测距精度的有效方法。其中,信号上升沿的 缩短可以通过采用窄脉冲激光器以及适当的接收电路带宽来实现。通过仿真计算得到,保持5ns上升时间不被扩展的最小带宽约为90MHz。 采用这个思路设计了一种高精度激光测距系统。经测试,该系统对500m内不同距离目标的单次测距精度(3σ)在0.077m～0.115m之 间,对距离在500m到3km的目标则优于0.1‰D+0.05m (D为距离)。同之前采用不同激光器和带宽的设计相比,该系统的单次测距精度有了明显的 改善。     

红外搜索跟踪系统测试

针对当前红外搜索跟踪系统的测试设备存在测试项目单一的问题,结合作用距离测试原理及动态靶标的研制思路,设计了一种兼顾测试作用距离及跟踪精度的测试设备。为获得良好的远距离点目标动态模拟效果,采用控温黑体与渐变式衰减片组合的方式模拟远距离目标,使用双反射镜旋臂系统模拟目标运动过程,并对测试设备控制系统进行了规划。在对测试系统各部分测试精度进行分析的基础上,对由旋臂转动造成的误差使用有限元分析软件进行重点分析,在旋臂转速为6 rad/s时,跟踪测试精度误差为0。004 mrad,可以满足测试精度要求。该设计为红外搜索跟踪系统测试设备的研制及改进提供了可行的方法及理论基础。     

大量程脉冲激光测距仪性能检测方法

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时,使得距离模拟与能量模拟自成回路,实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明:设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟,回波延时精度优于2 ns,最大测程的测准率可达90%,满足了激光测距仪性能测试的检测需求。     

高精度激光寻北仪误差补偿技术研究

基于激光陀螺的寻北仪,具有寻北精度高及稳定性好等优点,在军事和民用领域都得到了一定的应用。为了实现激光寻北仪的高精度指标,传感器参数标定的准确性至关重要,但由于转台精度的限制,影响传感器参数的标定,造成激光寻北仪寻北精度的下降。该文对基于转台的标定进行了研究,采用系统级标定方法,通过建立标定参数误差补偿模型,利用卡尔曼滤波收敛参数,得到更准确的标定参数。最后,对激光寻北仪进行了系统级的标定,通过静态寻北实验表明了标定误差补偿法的有效性,保证了高精度激光寻北仪的寻北精度。     

激光近炸引信距离控制精度测试技术分析

激光近炸引信距离控制精度是导弹炸点控制的保证,是实现引战配合的前提,是激光引信研制生产中的一项重要技术指标。目前,激光近炸引信距离控制精度测试主要利用“推板法”由人工完成。而激光测距机测试中采用的光电法由于存在最小启动距离问题也不满足激光引信测试要求。针对上述问题,提出了一种新的光学测试方法,并从理论上证明了该方法工程实现的可行性。     

库德光路光束指向稳定性分析

库德光路光束指向稳定性是保证激光测距机光轴指向精度的关键因素,通过坐标变换建立了一种可以从空间角度表征光束指向稳定性的动态方法,解决了大型激光测距机库德光路系统误差对光学系统影响的问题,将库德光路系统误差与光束指向有机地结合起来,以某地平式激光测距机为研究对象,建立了库德光路光束指向的动态误差模型。将CCD 固定在库德镜5 的安装接口处,并与图像采集卡组成图像采集系统,直接对库德光路激光光斑进行采集,获得了精度较高的光束指向动态误差数据。利用实测数据对光束指向的动态误差模型进行了最小二乘拟合,由此标定出了该设备库德光路光束指向的动态特性,为设备系统误差的修正工作奠定了基础。     

脉冲激光测距机最大测程测试方法研究

最大测程是反映脉冲激光测距机性能优劣的主要参数之一。分析了现行激光测距机最大测程指标考核的方法,比较了各种考核方法的利弊。在此基础上提出了一种采用室外消光法与室内时序增益系数比检测相结合的方案进行激光测距机最大测程测试的新方法．并对两具测距机分别进行了室外消光比、室内时序增益系数比、最大测程的测试,对两者的结果进行了对比。最后针对本测试系统的组成进行了误差分析。结果证明,新的检测方法可以客观、真实、准确地测量1．06μm和1．54μm两种波段的脉冲激光测距机的最大测程,测试结果受天气条件和目标特性影响小,也不受脉冲激光测距机增益电路的影响,且测量精度高,重复性好,操作方便可靠。同时还可对激光测距机测程范围、测距精度、选通范围及选通精度、距离分辨率等主要性能参数进行模拟测试。     

正交混频相位式激光测距方法与系统实现

针对传统的二次混频式激光测距仪鉴相精度不高,难于消除系统误差等问题,提出了正交混频相位激光测距法,利用成熟的正交调制技术进行激光光强的幅度调制,提高了基于二次混频原理的激光测距仪的鉴相精度,并且通过改变低频信号相位来获得两个相对很小的频差,易于消除系统附加相移,大大简化了二次混频式激光测距仪的硬件设计。详细阐述了基于正交混频相位测距方法的激光测距原型机设计要点。系统原型机设计方案采用了集成度很高的正交调制芯片完成,结构紧凑没有冗余元件。原型机实验精度达到±1.52mm,在62.5MHz频点下测相精度达到0.042°,并且可以很方便地通过加入多频调制的方法大大提高测量距离,是采用二次混频法进行相位激光测距的优秀解决方案。     

半导体激光测距仪用双脉冲电路设计

针对采用单脉冲便携式激光测距机难以测量中远距离的缺点,设计出用于半导体激光测距仪的大电流双脉冲驱动电路,利用二值化高速数据采集方法实现了测距功能。应用该电路制作的便携式测距原型机,在无合作目标的情况下,整机系统测量距离达1750 m,命中率高达95%以上。经过测试表明,双脉冲测距电路具有功耗低、测量距离远、命中率高、测试方便等特点,具有实际使用价值。