对瞬时信号波长的相频检测

首先,将短基线相差测向严格解和多普勒频移方程联解,获得基于相差测量的频移表达式;然后,利用中心频率、瞬时测频值和多普勒频移间的关系,将频移表示式化为一个仅包含未知信号波长的一元三次函数方程,从中可导出基于瞬时测频和相差测量的信号波长解析公式。在此基础上,还通过模拟比较,采用合并等值项的方法对解析公式进行了简化。对简化解的误差分析表明,对于分米波信号,且在瞬时测频的测量误差大于数兆赫的情况下,由基于短基线相差测量所得到的波长测量误差可小于 1mm。所提出的新方法可能是至今为止最具有工程应用价值的。     

波长整周数差值的测量误差

利用虚拟基线测向法,可基于相差测量求出波长整周数的差值。通过分析相差测量误差对波长整周数差值的影响,导出了波长整周数差值的均方根测量误差,由此证实波长整周数差值误差对单基线相差测向精度的影响是较小的。     

机载多普勒频移的递推及相移检测

在机载站飞行方向前方某一距离处的多普勒频移能够通过递推计算的方法由站点当前位置处的相位测量结果而被直接确定。首先,基于平面几何关系,由机载平台匀速运动时各个几何变量的运动特性导出了仅利用当前时刻的多普勒频移测量值和径向距离获得在虚拟飞行距离处多普勒频移递推值的计算式。然后,进一步直接利用相差测距、测向法求解递推式中所包含的径向距离和方位角,得到了仅基于相差检测的多普勒频移递推公式。且初步的误差分析表明,只要载机的飞行速度较低,虚拟基线的长度较短,所检测的信号波长较长,则递推频移的测量误差可控制在十几赫兹之内。     

双站交会角的单站虚拟观测

利用程差的相似递推,并通过和由正弦定理所得到的三角函数式联解,可得到含有未知主站径向距离的双站交会角的单站测算方程。在此基础上,进一步利用短距相差测距法,给出了基于相差测量的双站交会角的单站测算公式。由于仅和主站的参数测量相关,故副站以及双站间的间距实际上可以是虚设的。误差分析表明,由于所得到的交会角测算式与径向距离成反比,所以,基于短基线相差检测所得到的双站交会角可具有较好的测量精度。     

基于基线相似扩展的相差定位技术

研究了通过相似扩展方式实现长基线相差定位的方法。根据相差定位原理,采用两套多基线多通道相位干涉仪,构造一个长基线测量阵列。每套相位干涉仪一方面提供目标方位,另一方面解算出被测目标在短基线上的路程差。在按几何相似递推得到对应于长基线阵列的程差值之后,由相差定位方程即可解得目标的径向距离。初步的精度分析表明,在扩展基线长度为1公里时,即可实现小于5%R的相对测距误差。     

正弦波信号参数分析仪

为了满足低端场合的信号参数分析仪性价比高的要求,设计出低成本正弦波信号参数分析仪。系统由频率测量、幅度测量和信号发生器三大部分组成。频率测量部分由单片机89S52采用测频和测周的方法对信号进行频率测量,测量误差远优于1%。幅度测量部分采用峰值保持电路,测量误差能保证在2%左右。信号发生器采用文氏电桥实现了幅度从0～10 V连续可调、频率从66 Hz~75 kHz连续可调的正弦波。     

站间基线不等时三站时差定位的误差特性

在按时差方程和平面几何关系得到的三站时差测距和测向解析解的基础上,基于误差理论分析了一维直线阵列在站间基线长度不相等时的测距和测向误差特性。由此发现,对于目标的测距测量,不等距布站具有降低测量误差的作用。     

相参脉冲信号频率估计的CRLB与信噪比阀值

在基于差分Doppler技术的高精度单站无源定位中，辐射源频率(或其变化率)的高精度测量对定位是十分重要的。文章研究了相参脉冲信号频率估计的CRLB界，并推导了ML算法的简化估计方差公式，根据此简化的估计方差公式可以容易的得到相参脉冲信号频率估计的信噪比阀值。计算机仿真证明了理论分析的正确性。     

基于电光调制光频梳绝对测距的理论及实验分析

为满足高精度、大尺寸、高动态的测量需求,提出一种基于光学频率梳方法的绝对测量方案。采用级联相位调制器和强度调制器的电光调制方法生成平坦的光学频率梳,可以实现频率的直接溯源,成本低且易于复现。实现了对数学模型的建立及生成质量的评估,并且将其应用于改进的多波长测距系统中。该系统实现了对传统的多波长测量系统的简化,通过解算出合成波长的相位信息实现了对绝对距离的测量以及对测量过程中噪声和不确定度的分析。     

一种利用短基线程差测量值递推长基线几何参数的方法

利用单基中点相差测向式可导出了适用于任意基线长度的相差变化率测距式,利用相差变化率的多通道检测方式,可将相差变化率测距式改写成基于程差差分的函数。在此基础上,可导出对应于长短基线的单位长度上程差差分函数的比例关系式,由此就能利用短基线一维双基阵列的程差测量值递推得到基于虚拟长基线的一维双基阵列的几何参量,由此还能实现基于虚拟长基线的定位测量。     

一种仅基于时差测量的运动单站无源定位方法

在相移与频移之间函数关系的基础上,利用相差与时差定位方程对路程差测量的相等性导出了基于时差测量的多普勒频移表示式,由此即可将从多普勒方程中所导出的基于多普勒频移测量的运动单站无源测距公式转化为仅基于时差测量的运动单站无源测距公式。误差分析表明,和基于频移的测距方法相比,基于时差测量的运动单站无源测距方法呈现出较好的测量精度,只要平台的移动距离大于数千米,即可实现相对测距误差小于5%R的技术要求。     

超声波传输时间的高精度测量

许多超声检测都需要通过测量超声波的传输时间来实现,传输时间的测量精度直接影响了最终的检测精度。传输时间的传统相位差测量只考虑了信号传输高斯噪声误差,在此基础上,考虑了A/D量化误差所带来的影响。应用误差理论,推导了正弦信号A/D量化误差,并得到最后的总误差均方根公式。针对超声波信号频率已知和未知两种情况,分析比较FFT相位差法和全相位FFT相位差法。为了避免电路和传感器的干扰,采用传输距离不同的同源双路正弦发送信号。理论和仿真结果均表明,在已知信号频率时,FFT相位差法综合效果好,当信号频率为40kHz,信噪比为25dB,采样点数为2048,A/D位数为11位,采样率为200kHz时,测量时间误差小于10ns。在信号频率未知时,全相位FFT相位差法综合效果好。      

基于回波的多子带SAR系统载频误差补偿方法研究

为了提高SAR系统的分辨率,在距离向可以通过发射一系列不同载频的窄带信号,通过信号处理的方法实现带宽合成,进而得到等效大带宽信号对应的分辨率。为有效实现带宽合成,要求不同子带回波的载频步进值严格已知,这在某些实际应用环境中,并不能总是满足,因而需要从回波数据中直接估计步进值。该文提出一种基于子带回波数据的载频误差估计与补偿方法。该方法基于压缩后子带回波数据多普勒相位与载频的关系,对子带图像进行干涉处理,提取差分相位,并利用差分相位沿方位向的冗余进行相干积累,获得以实际载频步进值为振荡频率的单频信号,进而通过频谱分析方法得到误差频率,并对子带间相位误差进行补偿。通过该方法,能够实现子带信号的相干合成,提升了SAR数据成像质量。实验数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

基于表面等离子体共振和双频激光干涉相位测量的空气折射率测量

设计了一种基于表面等离子体共振和相位检测的空气折射率实时测量系统,该系统采用双频激光外差干涉光路和具有角漂移自适应结构的表面等离子体共振传感器。理论分析表明测量光信号的p、s分量的相位差相对于参考光信号的变化与空气折射率近似呈线性关系,并由此得到测量公式,传感器的自适应结构将角漂移引起的误差降低了一个数量级并大幅提高了测量灵敏度。与Edlen公式的测量比对实验结果表明,在44.0°入射角(共振角附近)和0.1°的相位测量精度下,空气折射率的测量精度优于5×10-6。该测量系统还可为更高精度的空气折射率测量仪提供足够精确的初值。     

Wide-span optical frequency comb generator for accurate opticalfrequency difference measurement

An optical frequency comb (OFC) generator was realized for accurate optical frequency difference measurement of 1.5 μm wavelength semiconductor lasers by using a high frequency LiNbO₃ electrooptic phase modulator which was installed in a Fabry-Perot cavity. It was confirmed that the span of the OFC was wider than 4 THz. By using semiconductor lasers whose spectrum linewidths were narrowed to 1 kHz and a sensitive optical balanced-mixer-receiver for measuring beat signal between the sideband of the comb and the laser, we demonstrated a frequency difference measurement up to 0.5 THz with a signal-to-noise ratio higher than 61 dB, and a heterodyne optical phase locking with a heterodyne frequency of 0.5 THz in which the residual phase error variance was less than 0.01 rad². The maximum measurable frequency difference, which was defined as the sideband frequency with the signal-to-noise ratio of 0 dB, was estimated to be 4 THz     

基于可调谐激光器的光纤光栅高速解调的时延误差补偿方法

基于可调谐激光器的光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调仪用于FBG传感器的远距离、高速测量时,光传输时延会导致显著的波长解调误差。本文设计了一种补偿光传输时延导致的FBG解调误差的方法,可调谐激光器在工作光频率范围内进行高线性度的正向、反向扫描,利用正向、反向扫描过程中的光电探测信号的FBG反射峰差异,对光传输时延导致的波长解调误差进行补偿。试验结果表明,在50 kHz解调频率和100 m连接光纤长度条件下,将光传输时延导致的波长解调误差由2 nm降低到小于10pm。     

采用萨尼亚克环的外腔半导体激光器无调制稳频技术

提出了一种基于相位差偏置萨尼亚克环的新型外腔半导体激光（ECDL）无调制稳频方法,采用偏振分束器（PBS）作为萨尼亚克环的输入及输出端,并利用1/4波片在环内沿相反方向传播的偏振方向互相垂直的两束光之间引入/2的相位差（）,萨尼亚克环的输出光经过起偏器可以分解得到由Rb的饱和吸收峰引起的色散相移,通过这种方法可以得到适合稳频的误差信号。相比现有的利用全内反射引入相位差（sin=0.64）的方法,色散信号放大系数sin的值可达到理论最大值,有效地提高了误差信号的强度,这种方法简单、稳健,且在原子物理实验等方面具有潜在应用。