基于幅度调制的连续微波雷达测距研究

为实现实时快速的全天候、高精度、大范围测距,该文提出了基于幅度调制的微波雷达测距方法。在分析主要微波雷达特点的基础上,深入探讨了该方法测尺频率和测距范围、精度之间的数学关系,并利用调制在高频载波的低频信号满足大范围测距需求,采用基于测时技术的高精度测相方法实现高精度与高速度测距,并基于混频器、测时芯片TDC-GP2等器件搭建了雷达实验系统。实验表明,基于TDC-GP2测相单元的测相精度达(2.7110-4),并在2.4 GHz载波、150 kHz调制信号的条件下,对3.0～4.1 m内目标的测距实验证明了系统具有1000 m大范围测距的可行性,且目标处于3.0 m时测距精度为0.0187 m,系统单次平均测距时间为0.02～0.03 s。     

基于Matlab的相位式激光测距研究

基于相位式激光测距系统的基本原理和鉴相方法,采用双调制频率的方法解决了测量距离和测距精度之间的矛盾,采用差频鉴相的方法减少电路复杂度。首次基于模块化的思想,运用Matlab的Simulink工具实现了系统的原理分析,对频域数字测相、数字同步解调测相法和自动数字测相法进行了比较。从理论上证明了实现一个高精度、快速相位式激光测距系统的可行性,为下一步实际设备研制奠定了基础。     

一种提高相位激光测距精确度的方法

描述了一种采用相位式激光测距提高测距精度的方法，给出了采用相位式进行激光测距的原理，指出了采用单一频率进行测距时存在的矛盾，从而提出了在单一频率的基础上添加多个辅助频率进行测距，分析了采用多个辅助频率进行相位激光测距的原理，并对采用该方法进行了精度分析。从分析的结论看，采用的辅助频率个数越多，则越能提高测距精度，同时该方法还能提高测量范围，解决了单一频率测量时的矛盾，达到了测距时高精度、大范围的工程应用要求。     

基于大频差双频激光的发动机叶尖间隙测量技术

针对发动机叶尖间隙测量的复杂应用环境和高精度 要求,设计了基于大频差双频激光的叶尖间隙测量方案和系统。 依据相位法激光测距原理,选用大频差双频激光获得高频调制信号,采用光纤传输,设计了 高频弱光信号处理系统,采用全 相位傅里叶变换得到测量光路和参考光路的相位差,进而反算间隙。测量模型分析表明,系 统的精度主要由鉴相精度和测 尺精度决定,而与叶片、电磁干扰等大部分环境因素无关,可实现静态、动态标定和测量。 解决了非接触高速旋转叶片叶尖 间隙测量中无法动态标定和恶劣环境下众多噪声干扰等问题。系统测距精度为34.26μm,相位差标准差为0.257 。     

高速相位式激光测距数字鉴相方法仿真与实现

为实现高速、高精度相位式激光测距鉴相,根据数字相关法、数字同步解调法、频域数字鉴相法和全相位FFT法的鉴相原理,基于仿真考察了在白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果证明,在高速测量下(500 kHz),全相位FFT法优于其他方法。为应用于高精度相位式激光测距原理样机,设计全相位FFT法的FPGA信号处理方案,利用傅里叶变换共轭对称性从而实现了高速实时鉴相。实验数据表明:在500 kHz测距速率下,信噪比为40 dB,频率偏移0.01时,鉴相精度为0.09°;调制频率为100 MHz时,测距精度为0.38 mm。因此,全相位FFT鉴相法适用于高速、高精度相位差测量,提出的实现方案具有实际意义。     

一种高精度超声波多路同步测距系统设计

在分析传统超声波测距的基础上,研究了一种基于单片机和FPGA的高精度超声波测距系统。该系统采用了多路超声波先测速再测时测距的方法,自动调整计算过程中因环境变化而影响的声速参数变化,提高了系统的适应性,同时采用多路精确同步测量保证了测量的高精度。实验证明,该系统具备较高的灵活性,且采用125 kHz的频率也进一步提高了系统的测量精度。     

半导体激光器高频调制技术

文中详细介绍了一种半导体激光器高频调制的设计方案并给出了实验结果,设计了基于直接数字合成技术的高精度三频调制信号产生电路,同时该电路还为后续差频测相提供高稳定的本振信号;该方案能实现对半导体激光器150kHz,15MHz,150MHz三个频点的电流调制,消除了温度对激光器调制特性的影响,在各个频点均达到了很高的频率稳定性,并能实现测尺频率的迅速切换,为相位法激光测距测程和精度的进一步提高奠定了良好的基础.     

一种基于DDS技术的新型激光测距系统的设计

提出了将直接数字频率合成（DDS）技术应用到连续波相位式激光测距系统中的整体设计方案，讨论了DDS技术和相位式激光测距的基本原理和特点，并对DDS的杂散性能进行了初步分析。在该系统中，采用了频率稳定度高、切换速率快和低相位噪声的DDS频率合成源，可以实现高精度的差频测相和全数字测相，对于工程实现高精度和大量程相位式激光测距系统提供了新的途径，同时引入了数字信号处理器件，将进一步提升系统的整体性能。     

相位激光测距技术的研究

文章介绍了相位激光测距技术的基本原理以及较为精确的测量方法,分析采用了多个辅助频率进行相位激光测距的原理,既解决了单一频率测量的矛盾,又扩大了测量的范围,达到了测距时高精度、大范围应用的实际要求.     

基于相位差测频的调频连续波激光测距技术

针对调频非线性和快速傅里叶变换(FFT)精度不高的问题,基于等光频间隔重采样的调频连续波测距系统,采用相位差测频法测量了待测目标点的距离;对调频连续波激光测距原理进行分析和推导,并依靠该系统进行了测距稳定性和测距误差的分析实验。结果表明:在8.3～9.3 m测量范围内,相位差测频法的测距单点稳定性范围为50～95μm,测得的距离与理论距离的残余误差不超过100μm;所提算法比快速傅里叶变换具有更好的测距精确性和稳定性。     

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。     

基于欠采样谱分析的激光拍频相位式测距方法

介绍了一种高精度相位式测距方法,载波通过双频氦氖激光器加偏振器产生1.08 GHz光强调制的拍频信号来实现,以克服半导体激光器的调制带宽限制,从而提高测距精度。为降低高速ADC实现难度,根据带通抽样定理,采用欠采样的方法采集波形数据,分析了其理论依据;然后通过全相位谱分析法对采样数据进行鉴相,并重点分析了鉴相数据的截取问题。搭建系统实验,在采样率为50 MSa/s时,157个欠采样数据就能实现0.1 mm左右的测距精度。实验表明,应用欠采样全相位谱分析法,以远低于测尺频率的采样率采样依然能实现高精度测距。     

CPLD在自触发脉中激光测距飞行时间测量中的应用

自触发脉冲激光测距是一种新型的脉冲激光测距方法,该方法解决了传统脉冲激光测距测量精度与测量速度之间的矛盾.其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度.设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距的飞行时间测量系统.CPLD的使用提高了激光测距的精度,并且系统结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能手持式脉冲激光测距仪.对自触发脉冲激光测距进行了实验研究,在20 m的测量范围内,获得了±0.98 mm的测距精度.     

新型相位式激光测距系统电路的设计

为了提高相位式激光测距系统的精度和可靠性,设计了一种新型的相位式激光测距系统的发射和两路几乎一致的接收电路。通过采用具有微小频差的低抖动时钟发生技术,差频测相技术等原理,系统可以实现特定环境下的高精度测量。系统由级联式PLL可编程时钟信号源、激光发射与接收模块、自动增益控制、混频滤波及数据采集组成。利用时钟源产生调制信号,并对反馈信号和接收信号进行放大、混频滤波等信号调理,进而采集数据并对数据进行处理分析。在电路的设计中,优化了激光的调制发射电路,采用低回波损耗的尾纤式激光器,增加简单实用的自动增益模块等。实验观察的波形和数据结果分析表明,此相位式激光测距系统电路简单实用,并且具有较高的稳定性和较高的测量精度。     

室内高速激光三角测距技术的设计与实现

为了实现室内大范围环境激光测距,采用三角测距原理设计了一套高速激光测距系统。该系统采用高分辨率线性CCD传感器采集环境信息并输出二值化信号,由32位单片机对二值化信号进行处理,利用分段拟合法得到的距离解算算法对二值化信号进行解算,从而得到激光光斑与测距模块镜头中心的距离;最后进行了实验验证。结果表明,测距仪具有714Hz的测量频率,最大测量距离为6311mm,最小测量距离为48mm,平均误差为2.8mm,最大测量误差为11mm。该测距系统可满足室内大范围环境测量的要求。     

18位A／D转换器AD7674及其应用

针对目前超声波测距系统对数据采集的精度、速度的要求越来越高,同时又要求接口电路简单、传输可靠性好,设计并实现了应用于采集超声波回波信号的高速数据采集系统。该系统以TMS320F2812作为主控制器．AD7674作为高速模数转换器,以SPI作为数据传输接1：2。通过对TMS320F2812和AD7674的SPI时序及控制寄存器的研究。给出了正确配置SPI模式的方法和控制过程,解决了关键线路的信号完整性问题。实际试用表明：在以40kHz超声波进行测距的系统中,误差不超过2mm,盲区控制在1cm以内,满足了高精度超声波测距系统回波信号采集的需要。     

基于数字高频检相式的激光测距光学系统设计

为了改善相位差法激光测距测量精度低的现状,采用高频检相法代替模拟测相法,即数字高频检相式的激光测距光学系统来提高测距精度。实现了10MHz的激光调制频率,设计了准直透镜,给出了设计指标,利用ZEMAX软件对光束准直前后进行了对比分析,并通过实验验证了光学系统设计的可行性。结果表明,标准差最大为0.12°,重复距离精度可约达1mm,误差最大为0.09°,最小为0.011°,说明测量的重复性比较好、稳定度高,满足了精度要求,达到了提高精度的目的。     

基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法

为了解决调频连续波(FMCW)激光器调制非线性导致的测量信号频谱展宽降低激光干涉测距精度的问题, 采用一种基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了双光路测距系统对不同位置目标信号等光频细分重采样后的波形数据, 并进行了频谱分析。结果表明, 通过等光频细分重采样的方法, 使用细分后的时钟信号点对距离大于辅助干涉光路光程差的目标测量信号进行重采样, 消除了激光器的调制非线性的影响, 并且避免了采样点数不足引起信号失真的问题; 在4.3m测量范围内, 等光频细分重采样测距系统与激光干涉仪相比最大残余误差不超过±18.46μm, 最大测量标准差为23.39μm; 该方法使用的辅助干涉光路光程差很短, 受环境的影响较小, 可以获得稳定的时钟信号, 并且可以减少双光路FMCW测距系统的体积与成本。该研究为长距离、高精度调频连续波测量提供了实用参考。     

旋转弹用轴向减旋平台控制系统设计

轴向减旋平台为高旋弹药姿态的高精度测量提供了一个有效的解决方案。针对弹载轴向减旋平台小体积、高动态等方面的要求,设计了一种适用于弹载环境的减旋控制系统。该系统采用模拟信号控制方式,通过对陀螺仪输出信号的实时处理与伺服驱动器参数的匹配调节,实现了对伺服系统的精确、匹配控制,为小量程、高精度的MEMS器件提供了一个微旋的测试环境。经试验验证,该设计减旋控制精度小于35°/s,有效抑制了弹体高旋对姿态测量的影响。