激光引信饱和漂移误差消除算法

为保证激光引信在近程的测距精度,文中针对恒比定时法在激光接收器饱和时会发生跳变点前移的现象,提出一种基于回波功率方程的误差补偿算法。通过线性化模型描述脉冲信号,推导了饱和漂移误差的解析表达式,分析了其随回波信号上升沿斜率的变化规律。根据回波功率方程,在小角度入射特定目标的条件下,建立饱和漂移误差补偿数学模型;通过实验标定误差补偿表达式,得到修正后的测距公式,验证了饱和漂移误差补偿方法的有效性。实验结果表明:激光引信在回波信号饱和时测距有较大偏差,最大偏差达到1.4 m;采用误差补偿方法后,可使偏差控制在0.5 m以内。研究可为小型化高精度激光引信测距系统设计提供理论参考。     

脉冲激光测距中阈值—峰值双通道时刻鉴别方法

脉冲激光测距系统由于其精度高、抗干扰能力强等优点,广泛应用于激光雷达、激光引信等领域,但是常用的时刻鉴别法存在误差,制约了动态测距精度的提升,主要原因是回波脉冲的衰减和展宽。针对这一问题,提出一种采用恒阈值和峰值双通道的时刻鉴别新方法。该方法通过引入激光发射脉冲的理论方程,建立了回波波形的时域分布模型,可以实现不受到衰减和展宽的影响的准确回波鉴别。在此基础上设计了双通道时刻鉴别的脉冲激光测距系统。实验结果表明,采用双通道时刻鉴别方法可以将近程测距的误差控制在3 cm以内,并可通过多次测量对精度进一步提升,解决了时刻鉴别误差制约测距精度提高的瓶颈问题。     

一种激光雷达时刻鉴别电路设计

时刻鉴别电路是激光雷达的重要组成部分。它被用于检测回波脉冲信号到达接收机的终止时刻,并通知处理器进行数据处理。为满足激光雷达系统对时刻鉴别电路的精确鉴时的需求,采用经过差分放大后的回波脉冲信号进行差分电平平移,将平移后的差分信号送入高速比较器进行时刻鉴别,实现了时刻鉴别功能。通过验证,该设计有效改善了前沿时刻鉴别法产生的行走误差,提高了激光雷达系统测距精度,与恒比定时时刻鉴别电路相比又简化了电路。     

倾斜地形回波波形对测距的影响

为提高激光遥感探测测距性能,研究了倾斜地面回波波形对测距精度的影响.介绍了激光回波脉冲的数学表达式,并基于此研究了斜坡地形目标的激光回波波形及其展宽情况,通过仿真分析了前沿阈值鉴别法、恒比定时鉴别法和质心鉴别法对斜坡地形测距的误差性能,结果表明质心鉴别法的测距误差性能较好.     

基于恒比定时鉴别的激光雷达时间测量前沿技术研究

通过FPGA设计了基于恒比定时时刻鉴别直接实现机载激光雷达时间测量系统的方案。详细阐述了时刻鉴别尤其是恒比定时时刻鉴别的原理及性能特点,对传统恒比定时时刻鉴别误差进行了估算,并设计了恒比定时时刻鉴别的简易电路。最后给出了通过抽头延迟线法实现机载激光雷达时间测量的初步方案,对后期提高该时间测量系统的精度提出了改进意见。     

大动态范围激光雷达时刻鉴别电路设计

在激光雷达系统中,受限于被测目标距离及反射特性的变化,回波信号的峰值动态范围大,导致由恒比定时鉴别电路确定的回波到达时刻波动较大,产生的行走误差影响了系统的测距精度和测量范围。设计了一种带自适应增益控制的恒比定时鉴别电路,基于回波信号水平快速自动调节放大电路的增益,可适应较大动态范围下的目标测量。实验结果表明,采用自动增益与恒比鉴别电路相结合的方法设计的激光雷达时刻鉴别电路,可以基于回波信号水平在25ns的时间范围内实现放大电路增益的自适应调节;当输入信号上升时间为3ns、电压动态范围为29dB时,利用增益的自动控制可以将回波信号的动态范围降低至9dB,将回波时刻鉴别误差控制在0.42ns内,有效减小了测距系统的行走误差。     

激光雷达接收机中时刻鉴别模块的研究和设计

时刻鉴别在激光雷达接收机电路中决定着系统整体的测量精度。考虑到传统的前沿时刻鉴别法测量精度不高,而恒比定时法又存在大量的器件损耗,提出一种新的时刻鉴别法。首先采用高、低两个增益并联的电压放大器,获得两个具有不同增益的脉冲电压信号;再通过四个比较器获得两个脉冲电压信号的前后沿;最后通过几何平均算法获得回波脉冲的形心,从而确定回波到来的时刻。Matlab仿真结果表明,所提时刻鉴别法的鉴别精度优于传统的时刻鉴别法。通过Multisim对时刻鉴别模块进行仿真,结果显示电压放大器和比较器的输出波形均符合预期效果。最后把设计的时刻鉴别模块应用于接收机中进行实验,结果表明该模块可达到三维成像激光雷达接收机电路的系统精度要求,有较好的三维成像效果。     

高精度激光近炸引信阈值电路设计与应用

设计了一种适合激光近炸引信的小体积新型高精度时刻鉴别电路, 采用偏置开关补偿技术来抵消因电荷积累造成的过零点漂移,即依据激光回波幅度来决定偏置电压大小。分析了改进的恒比定时方法的时刻鉴别误差,并进行了详细测试,实验结果表明:信噪比大于20 时,输入信号为0.2～2.134V,既在20.12dB 动态范围内,由输入信号幅度变化和噪声变化引起的时刻鉴别误差小于125ps,信噪比大于60时,误差小于100ps。最后将该时刻鉴别电路应用于整机系统中进行实际检测,激光重复频率20kHz条件下,20m的作用距离范围内单次定距标准偏差为1.45cm极大提高了激光近炸引信的定距精度。     

脉冲激光测距时刻鉴别方法的研究

介绍了一种用于脉冲激光测距技术的双阈值前沿时刻鉴别方法。分析了由接收信号幅度变化引起的计时误差。 采用双阈值前沿时刻鉴别方法产生了飞行时间测量的停止信号和与幅度相关的时间点信号。使用高精度时间测量芯片测量了脉冲信号飞行 时间和信号幅度相关的时间间隔,并对由时刻鉴别器产生的漂移误差进行了修正,获得了误差为$\pm$ 3cm的测距结果。与其它时刻鉴别方 法相比,该方法无需增益控制,其电路结构简单,动态范围宽,而且在脉冲幅度饱和后仍能对漂移误差进行修正。     

基于Simulink的时刻鉴别模块误差分析

时刻鉴别模块的定时精度是脉冲激光三维成像系统距离分辨率的主要影响因素,选择合适的时刻鉴别方法对系统设计具有重要意义。本文依靠Simulink模数混合仿真特点,在Simulink中对前沿阈值、恒比定时及高通容阻等几种时刻鉴别方法进行了实现,并根据系统参数自定义激光波形,分析了激光脉宽在0.1～10 ns、入射角在50°～90°及目标距离在0.1～10 km等情况下恒比定时法及高通容阻法的定时误差。仿真结果证明高通容阻法要略优于恒比定时法。相较于从统计学角度分析时刻鉴别总体误差,这种方法能够更好地结合激光波形特征和电路特性动态反映各种时刻鉴别方法在不同情况下的定时误差,为实际应用中的时刻鉴别方法选择提供参考。     

差分信号时刻鉴别法的脉冲激光测距技术分析

高精度的脉冲激光测距系统一直都是激光测距领域的研究热点之一。测距误差的存在直接影响了激光测距精度的结果,利用差分信号时刻鉴别法的研究未见报道,因此对差分时刻判别法的研究具有重要意义。为了研究这一问题,对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析,可以认为幅度时间游动效应和上升时间游动效应产生的时间晃动是影响测距精度最主要的因素。通过分析可以看出,所设计的差分信号时刻鉴别电路能够有效提高测距精度,达到了设计要求。在实验测试中,差分信号时刻鉴别电路对70 m内不同距离的单次测距误差保持在9 mm以内,相比之下单端信号时刻鉴别电路的单次测距精度范围为[-12 mm,11 mm]。实验结果表明同单端信号单次测距误差相比,测距精度有了明显的提高。该方法可以为现有的如何提高脉冲激光测距精度技术提供参考价值。     

一种提高脉冲激光测距精度的方法

在介绍脉冲激光测距原理的基础上,分析了影响脉冲激光测距精度的两种主要原因,脉冲时刻鉴别误差和时间间隔测量误差对测距精度的影响.指出了针对这两种原因的解决措施,介绍了采用高通容阻时刻鉴别法和差分延迟线法时间测量等技术,实现较高的测距精度的方法,对其工作原理作了介绍.     

应用恒比定时电路和高分辨率计数器提高激光脉冲测距精度

本文介绍使用米级精度的激光测距机中的激光发射装置,而原接收装置中的回波接收放大器改用恒比定时电路,原米级分辨率的测距计数器改用厘米级分辨率的测距计数器,在1979年第四季度和1980年第二季度进行了测距精度试验,报导了试验结果。试验结果表明,应用恒比定时电路和高分辨率计数器以后,脉冲激光测距机的精度有显著提高,均方误差从原来的60厘米左右减小到20厘米以下。     

塔康地面信标半幅探测电路对测距精度的影响分析

在分析塔康信标半幅探测电路工作原理的基础上,重点讨论了影响塔康系统测距精度的主要因素,一方面推导出半幅探测脉冲的定时误差与参考电压的幅度误差之间的定量关系μs(??ut 3)V(/)?,另一方面讨论了当多径干扰造成测距脉冲波形展宽而导致定时误差时,提出了一种通过测量半幅探测脉冲的实际宽度T来间接得出定时误差?t,从而控制延时时间减小定时误差的补偿方法,达到提高测距精度的目的。     

移动机器人中激光雷达测距测角标定方法

针对目前移动机器人对环境地图构建精度低的问题,分别提出了激光雷达测距、测角的标定方法。通过误差传播定律分析引起激光雷达的测距误差因素,可知激光雷达测距误差主要是由回波强度和测量距离引起的,推导出测距误差修正模型。通过分析激光雷达测角误差因素,针对机械扫描轴与几何旋转中心偏心引起的误差,提出了一种三角形标定方法,建立测角误差修正模型。根据激光雷达测距、测角误差修正模型修改移动机器人坐标转换系统。实验结果表明,测距标定使平面障碍物数据纵坐标差值的标准差提高了30%~60%,接近物体真实几何特征;测角标定方法使障碍物数据的重合效果提高了30%,标定方法提高了移动机器人地图构建的精度。     

基于恒比鉴别和小波变换的脉冲激光雷达成像

为了提升脉冲激光雷达的成像性能,减小杂波对雷达成像的影响,本文提出了一种将恒比鉴别算法和小波变换算法相结合的复合算法。利用由激光脉冲发射、杂波干扰、激光脉冲接收和生成目标图像构成的仿真模型,分别使用恒比鉴别算法,小波变换算法,恒比鉴别和小波变换的复合算法生成激光雷达图像。同时为了进一步提高新复合算法的性能,提出了一种基于新型的阈值函数的小波变换算法与恒比鉴别结合,生成激光雷达图像。仿真分析的对比结果表明,基于恒比鉴别和小波变换的复合算法的雷达图像的均方误差为9.5508,基于恒比鉴别和改进小波变换的复合算法的雷达图像的均方误差为7.9065,均方误差小于其他算法,从而证明了新复合算法在杂波识别方面具有更好的性能。     

机载激光扫描测距接收机中信号处理研究

本文分析了普通脉冲激光测距接收机的原理，并指出了它运用在机载激光扫描测距时存在的问题。针对激光束扫描时倾角变化带来的回波脉冲幅度和宽度的变化，提出运用滤波器带宽自动控制技术来改善输出信噪比，运用自动修正恒比定时触发技术提高测距精度。实验结果证实，改善效果是明显的。     

基于小波变换的提高激光引信测距精度研究

为了满足激光引信精密测距的技术要求,通过建立目标回波信号的数学模型,利用Matlab对传统测距算法中的前沿鉴别法、恒定比值鉴别法和峰值检测法进行仿真,在研究的基础上提出了一种基于小波变换模极大值的测距方法。通过误差仿真分析,对比了四种算法的优缺点,结果表明小波变换法的效果明显优于传统算法,可将测距误差控制在厘米量级。     

机载激光扫描不则距接收机中信号处理研究

本文分析了普通脉冲激光测距接收机的原理，并指出了它运用在机载激光扫描测距时存在的问题。针对激光束扫描时倾角变化带来的回波脉冲幅度和宽度的变化，提出运用滤波器带宽自动控制技术来改善输出信噪比，运用自动修正恒比定时触发技术提高测距精度。实验结果证实，改善效果是明显的。     

光电振荡器测距方法中的纵模阶数测量

在光电振荡器(OEO)测距方法中,振荡频率与环路群时延关系的建立依赖于纵模阶数,纵模阶数测量误差直接影响测距精度。但是OEO频率稳定性较低,通过直接测量振荡频率和相邻纵模频率间隔所获得的纵模阶数误差较大。分析了频率漂移对纵模阶数测量的影响及测量过程中的频率漂移规律,提出一种新的纵模阶数测量方法,该方法在不改变OEO结构的基础上,利用OEO纵模等间隔分布的特点,分别测量振荡模到x阶高阶模和x阶低阶模的频率间隔后获取纵模间距,减小并补偿频率漂移造成的误差。随后建立了纵模阶数测量误差模型,并进行了1km光纤20GHz信号的纵模阶数测量对比实验,实验结果与误差模型相符。