外差激光干涉仪周期非线性误差形成机理与补偿方法

针对纳米级周期非线性误差制约外差激光干涉仪使其不能适应下一代超精密装备制造与重大科学工程提出的亚纳米乃至皮米测量精度需求的问题,分析了外差激光干涉仪中两类周期非线性误差的形成机理,并对周期非线性误差的补偿方法进行了研究.结果表明:第1类周期非线性误差是由于双频激光不能完全分离引起双频激光交叉混叠,进而导致的周期非线性误差,该误差幅度可从数纳米到数十纳米;第2类周期非线性误差是由于测量光束在光学界面产生了具有多阶多普勒频移特征的虚反射光束,进而引入的周期非线性误差,该误差幅度可从数皮米至数纳米.对于第1类周期非线性误差,现有误差补偿方法,如椭圆拟合法等,可将其抑制至0.1 nm量级,特别是空间分离式外差激光干涉仪则从原理上完全消除了这一类误差;而对于第2类误差,通过降低虚反射率和空间滤波可以将第2类误差降低至数十皮米到数百皮米,剩余误差尚不能完全满足皮米测量的精度需求, 亟待发明新的误差抑制或补偿技术.     

基于光频域反射仪的非线性抖动信号校正

光频域反射仪(OFDR)是一种光外差探测技术,可用于对大容量光栅阵列的解调,具有测量速度快,空间分辨率高,精度高的优点。但OFDR解调方式中光源的非线性调谐效应会严重影响对光栅阵列的测量精度。本文主要介绍了OFDR的工作原理,从理论上分析了在等光频间隔内,光源扫频速率抖动对拍频信号的影响,进行了仿真实验,分析了实际拍频信号,提出了利用等波纹设计低通滤波器校正主干涉仪和辅助干涉仪拍频信号的方法。实验对20个中心波长为1 550.6nm,反射率为0.6%,间隔15cm的光纤光栅阵列进行了位置信息和波长信息的解调。实验结果表明:通过设计的低通滤波器校正非线性抖动信号可以使OFDR解调系统达到良好的解调效果。     

基于DSP的激光外差干涉信号处理方法

描述激光外差干涉测量的原理,设计基于DSP的激光外差干涉信号处理方法,用DSP的捕捉单元获取参考信号和测量信号的上升沿时间差,在捕捉单元中断中计算测量信号周期,由DSP将时间差转化为相位差并得出被测位移.采用信号发生器模拟两路输入信号,在0～360°范围内进行相位差测量实验,测量结果表明标准偏差为0.041°、线性拟合相关系数为0.999 89.以20 nm为步长在0～320 nm范围内进行位移测量实验,实验结果表明标准偏差为2.46 nm、线性拟合相关系数为0.999 71,验证了所设计的信号处理方法的可行性和实用性.     

激光外差干涉非线性误差的测量方法

为了调整激光外差干涉光路中的光学元件,减小或抑制测量非线性误差,研究了非线性误差测量的机理和方法.基于对激光外差干涉测量信号的频谱分析,提出了非线性误差的测量方法.根据建立的非线性误差与测量信号幅度之间的模型,计算出非线性误差一次谐波和二次谐波的大小,实现非线性误差的精确测量.实验结果表明,该方法可以有效地测量激光外差干涉的非线性误差.     

高精度高测速双纵模热稳频激光干涉仪研究

现代机械工业的发展使得数控机床和三坐标测量机等的运行速度已经达到1 000 mm/s,而目前商用外差干涉仪的测量速度不能满足这一要求。为此该文采用长度为206 mm、频差约728 MHz的普通全内腔He-Ne热稳频激光器为光源,外加带有高频振荡器形成的交流信号进行脉冲计数的信号处理电路,构成高精度高速双纵模热稳频激光干涉仪。通过实验对干涉仪的测量速度和精度进行了验证,其精度达到0.1 μm /800 mm。实验证明,该干涉仪可以对速度为1 000 mm/s的运动物体进行位移和速度测量。     

激光合成波长干涉仪的准直方法研究

对激光合成波长干涉仪的准直方法进行研究.提出采用四象限探测器实现激光合成波长干涉仪的准直方法,描述激光合成波长干涉仪的准直原理与信号处理方法;对参考角锥棱镜进行准直测量实验,实验结果表明:在x方向所测数据的标准偏差从7.038 mV减小到1.6 mV,在z方向所测数据的标准偏差从30.118 mV减小到1.119 mV;对测量角锥棱镜进行准直测量实验,实验结果表明:在x方向所测数据的标准偏差从3.204 9 mV减小到1.202 mV,在y方向所测数据的标准偏差从2.831 231 mV减小到0.673 mV.验证了所用准直方法的可行性和实用性.     

用干涉仪实测数据预报天线跟踪角度

在导弹飞行试验中,及时、准确地判别天线跟踪状态,是雷达完成测量任务的关键.分析了干涉仪测量值的误差项,给出了实时误差修正方法,提出并论证了用干涉仪测量值预报天线跟踪角度的一种新思路.用修正后的理论测量值替代野值和补齐未测到的段落.预报的天线跟踪角度误差小于0.45°,为判断天线跟踪状态提供了可靠的依据.     

光纤／毫米波系统中60 GHz信号的光外差产生

介绍了光纤／毫米波系统，其技术关键之一就是毫米波信号的光产生，光外差产生光纤／毫米波系统中的毫米波信号解决了如何将毫米波调制到光载波上这一技术难题，描述了一种光外差产生毫米波信号的方法及实验结果。     

一种新型的光折变自适应光外差探测系统

通过研究光折变晶体内处泵浦与互泵浦相位共轭共存的特性，提出了一种新型的光折就自适应的光外差探测系统。与现有的光折变自适应光外差探测系统相比，该系统仅采用一块光折变晶体就能很好地实现自适应光外差探测，具有结构简单、易调整等特点，利用Ar^ 激光实验证实了系统在实际应用中的可行性，可观察到中频外差输出信号。     

精密定位中的激光干涉测量误差分析

高精度定位平台通常以激光干涉仪为测量基准.根据测量原理,激光干涉仪的测量误差应为定位平台误差的1/3～1/2,这样才能保证测量结果的可信性.为此,对影响激光干涉仪测量精度的诸多因素作了分析,并在分析的基础上进行误差计算.计算结果表明,激光干涉测量系统的综合误差为12.3 nm,满足定位平台的精度要求,二者在精度上能很好匹配.     

渥拉斯顿棱镜偏摆对激光外差干涉直线度测量的影响分析

描述激光外差干涉直线度及其位置测量方法;分析由渥拉斯顿棱镜偏摆角引起的测量误差,建立激光外差干涉直线度及其位置测量误差的数学模型,并进行仿真分析研究。结果表明：渥拉斯顿棱镜倾角和摆角引入的测量误差为正弦型误差分量,当渥拉斯顿棱镜偏摆角为1°时,直线度的测量误差有约为100nm,位置误差约为1nm;当渥拉斯顿棱镜的倾角为15″时,直线度测量误差约为700nm,位置误差约为15nm。     

横向剪切—外差干涉测量方法

阐述了一种新颖的横向剪切－外差干涉有测量方法，这种方法集横向剪切干涉测量方法与外差测量方法于一体，使二者的优点得以发扬。由于取消了参考基准面，采用外差探测，干涉条纹的判读不仅容易，而且精度高，为大口径高精度平面的测量提供了一种可行的测量方法。     

粗糙目标光外差信号特性对探测阈值的影响

传统目标回波光外差探测使用高斯分布等简单模型来描述,这常常导致判决误差.笔者提出利用多项式对实际目标测量数据进行拟合,给出较准确的概率分布曲线.通过对某装甲车表面样块多组测量数据的统计分析显示,利用多项式拟合来确定判决阈值,比起用简单的高斯分布来确定阈值,可以获得更高的检测概率和更低的误警概率.研究表明,对实测中频信号的统计直方图进行多项式拟合,有利于精确设置探测阈值,可以使检测概率提高6.02%,误警概率降低7.7%.文中结果为粗糙面回波外差探测系统设计提供定量参考,也为探测系统性能评估仿真提供依据.     

A novel satellite-equipped receiver for autonomous monitoring of GNSS navigation signal quality

Global navigation satellite system (GNSS) comes with potential unavoidable application risks such as the sudden distortion or failure of navigation signals because its satellites are generally operated until failure. In order to solve the problems associated with these risks, receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) and ground-based signal quality monitoring stations are widely used. Although these technologies can protect the user from the risks, they are expensive and have limited region coverage. Autonomous monitoring of satellite signal quality is an effective method to eliminate these shortcomings of the RAIM and ground-based signal quality monitoring stations; thus, a new navigation signal quality monitoring receiver which can be equipped on the satellite platform of GNSS is proposed in this paper. Because this satellite-equipped receiver is tightly coupled with navigation payload, the system architecture and its preliminary design procedure are first introduced. In theory, code-tracking loop is able to provide accurate time delay estimation of received signals. However, because of the nonlinear characteristics of the navigation payload, the traditional code-tracking loop introduces errors. To eliminate these errors, the dummy massive parallel correlators (DMPC) technique is proposed. This technique can reconstruct the cross correlation function of a navigation signal with a high code phase resolution. Combining the DMPC and direct radio frequency (RF) sampling technology, the satellite-equipped receiver can calibrate the differential code bias (DCB) accurately. In the meantime, the abnormities and failures of navigation signal can also be monitored. Finally, the accuracy of DCB calibration and the performance of fault monitoring have been verified by practical test data and numerical simulation data, respectively. The results show that the accuracy of DCB calibration is less than 0.1 ns and the novel satellite-equipped receiver can monitor the signal quality effectively.     

大地电磁法远参考处理技术压制噪声干扰的应用效果分析

介绍了大地电磁法远参考处理技术的基本原理和野外数据采集技术,将远参考处理技术应用到东北地区强电磁干扰区,取得了较好的应用效果。应用效果表明,远参考处理技术对电磁干扰具有较好的压制效果,在野外数据采集时,遇到较强的电磁干扰,在远处增加布设一个远参考站,采用磁道远参考进行数据处理,通常能使数据的品质提升一个等级。     

光电测量的一种抗干扰技术

应用光的干沙、衍射、偏振等原理来测量位移、转角、速度、角速度等许多物理量时,光源输出光强的起伏和光在传输过程中能量耗散的不规则变化使测量误差增大。用分束镜分出一束参考光以监测进入测试系统的入射光强变化情况,并用光电转换器将讯号光和参考光转换成电压信号V_1和V_2,用除法器相除求出其商V_0=V_1/V_2,在相除过程中就“除”掉了上述干扰,使信号恢复其本来面目。     

条带式合成孔径雷达成像方法研究

提出准正侧视合成孔径雷达小斜视角度的校正方法和子孔径参考信号相位对齐算法．准正侧视合成孔径雷达(SAR)成像的校正方法采用正侧视的予孔径聚束算法对准正侧视SAR的实测数据进行成像，根据所成的像估计出小角度斜视角，采用校正的斜视子孔径聚束算法完成最后的成像．子孔径参考信号相位对齐算法本质是将各个子孔径参考信号的相位调整为同相，并构造新的聚束窗函数进行SAR成像．理论分析指出，在不增加采样数据的条件下，该方法能增大雷达方位向成像场景范围．计算机仿真结果证实了所提方法的正确性．     

Calibration of parallel kinematics machine using generalized distance error model

This paper focus on the accuracy enhancement of parallel kinematics machine through kinematics calibration. In the calibration processing, well-structured identification Jacobian matrix construction and end-effector position and orientation measurement are two main difficulties. In this paper, the identification Jacobian matrix is constructed easily by numerical calculation utilizing the unit virtual velocity method. The generalized distance errors model is presented for avoiding measuring the position and orientation directly which is difficult to be measured. At last, a measurement tool is given for acquiring the data points in the calibration processing. Experimental studies confirmed the effectiveness of method. It is also shown in the paper that the proposed approach can be applied to other typed parallel manipulators.     

曳光弹速度光幕靶测量算法研究

针对常规光幕靶不能测试曳光弹速度的问题,提出了一种速度测量算法.该方法配合光电互补传感器的光幕靶与数据采集系统,通过对光幕靶输出的曳光和弹体信号进行特征值分析,采用对比和广义相关算法精确计算出弹丸的飞行时间.实弹试验表明,设计的算法可以实现曳光弹测速,也可以实现常规弹测速,在曳光不稳定时也能够测出速度,并能识别有无曳光.测量精度满足靶场对曳光弹测速要求.