基于正弦曲线的高精度脉冲激光测距时间间隔测量技术

提出了脉冲激光测距中基于多点平均原理的高精度飞行时间间隔测量新方法,该方法以参考正弦信号作为测量基准。在脉冲计数法的基础上,应用多点平均法原理消除由于正弦曲线的非线性产生的时间累积误差,对正弦信号时间进行高精度细分测量。建立了高精度脉冲激光测距系统,利用线性调频技术对参考正弦信号在一个周期内进行伪随机采样,实现高精度时间间隔测量。测距系统原理结构简单、成本低。实验获得的单次距离测量误差稳定在±3mm以内。     

一种高精度相位测量方法

介绍了利用通过增加计数脉冲频率和同步测量信号多个周期来提高相位测量精度的方法,提出了一种通过外部芯片高速计数来提高相差的测量精度的措施,利用单片机实现精确测量较宽频带范围信号的相位方法。实验结果表明,本文介绍方法能实现高精度的相位测量,具有较好的实用价值。     

基于循环平稳随机序列的脉冲激光测距方法

脉冲定时误差会使测距精度恶化,为此,提出了一种基于循环平稳随机序列的脉冲激光测距方案。该方案首先将回波脉冲定时信号映射在周期基准信号上,由此构造出一个循环平稳的随机序列,将对脉冲定时时间的测量转化为对循环平稳随机序列的参数估计。该方法利用了循环平稳随机过程在时间上呈现为周期性平稳变化的特征,从携带时间抖动等误差的测量数据中高精度地估计参数,从而获得高精度的目标距离。为了获得循环平稳随机序列测量数据,提出了一种遍历欠采样方法,以解决在采样频率与信号频率相差很大的条件下进行等效等间隔采样的困难。以此原理研制出的脉冲激光测距仪具有精度高、原理结构简单等优点,测试后可知,在激光出瞳平均功率为1 mW的条件下,当信噪比为10时,无合作目标测程为300 m,测距精度为±(2 mm+2×10^-6D)。     

基于DFT相位的正弦波频率和初相的高精度估计方法

提出一种新的基于DFT相位的正弦波信号频率和初相的高精度估计方法.利用分段DFT频谱的相位差消除了初相对频率估计的影响且避免了相位测量模糊问题.给出了频率和初相估计的均方根误差计算公式.理论分析和Monte Carlo模拟结果显示频率估计均方根误差接近Cramer-Rao(CR)下限,初相估计均方根误差略高于CR下限的2倍.阈值信噪比远远低于基于时域瞬时相位的频率和初相估计方法.在信噪比为6dB、采样点数为1024的情况下,频率估计均方根误差约为DFT频率分辨率的1%,初相估计均方根误差约为2度.该方法已用于FMCW液位测量雷达并取得1mm距离测量精度.     

多路相差比对信号到达时间高精度测量技术

描述了一种通过多路数字相移和精确时钟相差比对实现对脉冲信号到达时间高精度测量的方法,其测量精度可以随多相时钟相位比对通道数的增加而进一步提高。实际测试表明,该方法可在不增加时间测量系统实时处理速率的情况下有效提高对信号到达时间的测量精度。     

脉冲超宽带测控信号时延精密跟踪方法

脉冲超宽带测控新体制可有效提高测控系统的安全性能,且具有潜在的高精度测距能力.为了实现其高精度测距功能,提出了一种基于延迟锁定环路的脉冲超宽带测控信号时延精密跟踪方法.该方法在传统伪码跟踪环的基础上进行改进,利用基于非相干积分的非线性反馈环路对接收信号的脉冲相位进行精密跟踪.理论分析和仿真结果表明,该延迟锁定环路可以完成对脉冲超宽带测控信号的时延精密跟踪.与直扩测控信号相比,在相同条件下,脉冲超宽带测控信号的时延跟踪相对误差更大,但由于脉冲宽度很窄,在一定载噪比条件下,其测量精度仍可达厘米量级甚至更高.     

线性调频-伪码调相复合信号的伪码盲估计新算法

针对线性调频-伪码调相复合信号的伪码估计问题,提出一种基于离散多项式相位变换和频谱搬移的伪码盲估计新算法.首先采用平方法消去伪码的相位突变,然后利用离散多项式相位变换估计调频斜率,利用估计的高精度调频斜率重构二阶指数项,对原复合信号进行解线调,再对解线调后的信号取实部从而可得正弦载波与伪码调相的复合信号,采用频谱搬移的方法可恢复出原伪码序列.仿真结果表明,该算法在信噪比大于等于3dB时可正确估计出伪码,且性能随子脉冲个数的增加而改善,与FM-AM时频分析方法相比具有更好的估计效果.     

利用沿锁定载波相位测量脉冲到达时差

传统的单独利用脉冲沿、载波相位或中频相关的方法测量脉冲信号的到达时间差(TDOA)都不容易达到较高的测量精度,为了实现高精度时差(皮秒量级)测量,在分析这些方法的基础上,提出了利用脉冲沿来锁定载波相位实现宽带(初步设计实现了250 MHz的带宽)、大动态脉冲信号TDOA的一种测量方法,给出了其实现的具体流程并分析了能够达到的测量精度.目前该方法在实验室条件下已经实现了10 ps的测量精度,可用于短基线时差定位系统.     

一种短时间间隔测量方法的研究及其FPGA实现

介绍了基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)实现高精度时间间隔测量的系统结构及关键技术.采用锁相环对时钟源进行倍频、相移产生多路相关联的参考时钟,对短时间间隔进行双边沿采样测量,从而等效提高时钟频率,减小量化误差,提高了时间间隔测量的分辨率.最大分辨率可达625ps,测量范围优于20s,为更高精度的时间间隔测量提供更小的测量范围,从而为精细测量专注于更高的分辨率和测量精度打下基础.     

基于低速采样的多正弦波信号频率估计

高频段信号由于受到A/D转换器和后续信号处理器件运算速度和成本的限制,其处理往往难以实现,为解决此问题,提出了一种新的基于低速采样的高频段多正弦波信号频率估计方法。首先将含有多个频率互异的多正弦波信号经过功分器分成两路信号,然后分别用不同的采样率对这两路信号进行低速采样,用傅立叶变换及基于改进的Rife算法与Quinn算法来估计两路信号低速采样后的频率,接下来利用中国余数定理对多个信号的频谱快速配对解模糊准确的估计出各个信号的频率。该方法在工程上易于实现,可同时实现低的采样速率与高精度估计,而且在较低信噪比的情况下仍可获得较高的估计精度。给出了该方法的具体步骤,通过计算机仿真试验验证了该方法的有效性。      

基于CPLD和单片机的激光测距时间间隔测量

为了达到提高时间间隔测量精度的目的,采用复杂可编程逻辑器件和单片机实现脉冲激光测距时间间隔测量系统中的模拟内插法的方案,设计了测量系统与测试电路,并对该方案进行了验证,得到了200ps精度的时间间隔测量系统.结果表明,可编程逻辑器件的使用可大大简化电路结构,使得整个系统结构简单化.采用该设计方案的激光测距系统具有体积小、可靠性高的特点.     

基于回波信号插值重建的峰值判别技术

在脉冲式激光测距技术中,测量距离和目标反射特性变化等因素会引起微弱回波信号的峰值判别误差,造成激光飞行时间的测量误差,峰值判别误差是影响激光测距精度的主要因素之一.针对激光测距中微弱回波信号不规则引起的峰值判断精度低的难题,采用FPGA控制采样电路对回波信号进行高频采样,通过软件对采样数据进行插值重建,根据重建图形判断出回波信号的峰值点位置作为计数停止点,有效提高了回波信号峰值判别精度.实验证明:采用该项技术的激光测距机能够达到0.1 m测距精度.     

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.     

激光测距信号内插法研究

为提高激光测距测距的精度,除了改善光路传输环境外,需要对接收信号进行必要处理。从激光测距机信号处理的角度,首先介绍了脉冲激光测距的时间间隔测量技术和时刻鉴别技术,然后探讨了信号处理中用直接计数与模拟内插相结合的方法提高测距精度的技术途径。经过分析计算,认为用直接计数与模拟内插相结合的方法可以提高测距精度。     

自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究

提出一种新型脉冲激光测距方法——自触发脉冲飞行时间激光测距方法。运用该方法有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测量精度和缩短测量时间两者之间的矛盾。对该方法及本质特点进行了详细描述和理论分析,并给出用于描述该方法的基本方程。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飞行时间测量系统。CPLD的使用提高了测量精度,并且结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能便携式的激光测距仪。     

数字化脉冲激光引信探测系统设计与信号处理

针对以往模拟脉冲激光引信探测系统存在的测距误差较大的缺点,为进一步提高脉冲激光引信的测距精度,设计了一种数字化脉冲激光引信探测系统.该探测系统包括发射、接收和信号处理3部分,其中信号处理部分主要实现脉冲回波信号的高速实时采样与缓存、信噪比增强与时延估计.采用双通道ADC并行采样,实现了以200 MHz的等效采样频率对脉冲回波信号进行高速采样.当脉冲回波信号很微弱时,采用多脉冲相干平均算法提高了其信噪比,增强了对微弱回波信号的检测能力.通过最小二乘时延估计算法得到了回波时延,进而计算得到目标距离.测距实验结果表明:该探测系统测距精度较高,最大测距误差为0.25 m.     

脉冲激光测距时间间隔测量及误差分析

在脉冲激光测距时间间隔测量系统中，传统的数字时钟计数法受限于计数时钟的频率，测量精度不高。由于模拟插入法具有测量范围大、线性好、测量精度高的优点，广泛应用于脉冲激光测距时间间隔测量系统中。介绍了模拟插入法时间间隔测量的原理，设计了其测量系统及相应的测试电路。利用该系统进行了实验研究，达到了100ps的时间间隔测量精度，对应于1．5cm的测距精度。最后，进行了测量误差分析。     

脉冲飞行时间激光测距系统中周期误差补偿

在以正弦波为测量基准信号的激光脉冲飞行时间测距系统中,由于高频信号之间的串扰或器件非线性等因素的影响,将产生脉冲飞行时间周期误差,导致测距精度降低。为此提出了一种利用测距仪在一定距离条件下的测量数据计算定时误差的方法,通过最小二乘法拟合构造出一条含误差补偿功能曲线,并将该曲线进行离散化处理,将离散化数据存入单片机内,在距离测量时以含误差补偿功能曲线作为测量基准,实现对脉冲飞行时间周期误差的补偿。该方法具有原理简单、数据可靠、操作方便等优点。所研制的激光脉冲测距仪经过误差补偿后,测距误差小于3 mm。     

基于游标内插原理的多脉冲测距方法

将游标内插原理和多周期测量技术应用于脉冲测距方式,提出一种适用于近距离高精度电波或激光脉冲测距仪的方法,即在多周期脉）中工作方式下,利用2个时钟信号的微小周期差,将收发脉冲的时间间隔扩展放大以提高测量精度,有效测量范围由主时钟周期决定。设计了相应的时钟控制电路和时间间隔测量电路,并将该方法实际应用于近程网线电缆测距,达到了厘米量级的测量误差。