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。     

一种基于相位测量的快速高精度大范围的激光测距法

为满足快速、高精度和大范围的激 光测距需求,分析了现有单频和多频相位激光测距方法存在的 问题,提出了基于降频及高精度测时技术的 相位激光测距方法,并根据测距 要求以及按照测尺频率、测时精度和参考频率的顺序建立了测距系统参数选择模型,进而 按照测距参数需求搭建了实 验系统。实验表明,在300kHz单频测尺、260kHz参考频率和50ps测时精度条件下,实验系统具有500m测距范围、1.08mm 测距精度和0.03～0.04s测量速度,可为快速、高精度和大范围测距 奠定基础。     

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。     

高精度频差测量方法研究

针对分布式多基地雷达多源信号产生与处理技术的关键问题,分析了现有频差测试方法,探索高精度频差测量方案。通过频差扩展方法,完成被测源间相对频差指标的高精度测量系统方案设计。此方案克服了传统时间同步设备需要大量时间来校正频率误差的缺陷,使校正之后的精度大大提高。根据设计方案研制了试验样机和测试系统,并通过对高精度源间相对频差的测量获得实测数据,测试结果验证了高精度频差测量方案的可行性。     

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。     

一种实现高精度稳定Zeeman激光频差的方法

为了使双频激光干涉仪的高精度和可靠性能够在当前急需解决的大尺寸高精度同轴度、直线度测量方面有效的发挥出来,有必要在双频激光干涉仪的信号处理方面采用比相技术,为此,需要稳定Zeeman激光的频差.本文提出一种基于8098单片机系统的智能化稳频差方案,不但保证了频差的稳定性,而且每次开机还能自动搜寻频差极值,从而保证了光频的复现性.系统经过实验验证,频差变化小于5kHz/5h,工作稳定可靠,可以满足比相的要求.     

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 。     

LFMCW雷达中精确测频算法研究

在LFMCW测距雷达中,差频信号测频是否精确关系到整个雷达系统的测距精度。该文分析了在LFMCW测距雷达中精确测频的难度,提出了基于FPGA的变频采样算法。该算法采用VerilogHDL在ISE平台上编写,通过了Modelsim仿真验证。该算法与其他精确算法相比,具有实现简单,占用FPGA资源少,测频误差小的优点,有一定的工程实现价值。     

大频差双腔双频Nd∶YAG激光器合成波绝对距离干涉测量系统设计

为了实现高精度绝对距离测量，提出了双腔双频Nd∶YAG激光器（TCDFL）合成波绝对距离干涉测量方案。以正交解调Pound-Drever-Hall稳频的大频差TCDFL作光源，采用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了双频激光合成波绝对距离外差干涉测量系统，获得了两路同频外差干涉信号，对其进行比相测量，得到合成波干涉条纹的小数级次；对被测距离进行粗测，可唯一确定合成波干涉条纹的整数级次，从而实现绝对距离测量。建立了频差为24 GHz的二极管泵浦1064 nm正交线偏振TCDFL合成波长标定与绝对距离干涉测量实验系统，实验结果表明：空气中的合成波长标定值为12.4614 mm，其标准差为0.13μm；当被测绝对距离为900 mm时，其重复测量平均值为899.3851 mm，标准差和测量不确定度分别为1.36μm和4.08μm。该实验研究为今后研究开发超精密绝对距离干涉测量仪奠定了坚实基础。     

融合双波及单波干涉的光纤位移传感系统研究

研究一种融合双波长干涉及单波长干涉的大跨距高精度光纤位移传感系统。两种波长不同的光波同时作用于光纤干涉仪中,基于波分复用技术,利用光纤光栅分离双波长干涉信号和单波长干涉信号。利用双波长干涉信号决定被测位移的幅值,使最大测量跨距扩大至毫米量级。在本系统选定的两个激光波长(分别为1 557.32nm和1 558.52nm)下,最大测距为0.5mm,通过恰当地选用传感系统中的两个激光波长,可获得更大的测距范围;利用单波长干涉信号高精度地测量位移,使系统保持单波长干涉测量精度高的优点。     

卫星姿态控制误差及飞行速度对星载激光测高仪测量精度的影响

建立了数学物理模型,理论分析了单光束垂直入射和多光束"品"字形入射时,卫星姿态控制误差及飞行速度对星载激光测高仪测量精度的影响,推导了测距误差的数学表达式,并进行数值模拟研究。文中以光束往返时间1/300 s为例,研究了为达到1 m测距精度,卫星姿态控制误差需满足的误差区间,并定性讨论了卫星飞行速度对测量精度的影响。研究结果说明:卫星姿态控制误差直接影响星载激光测高仪的测量精度,但随着斜入射光束方位的不同,俯仰误差与滚转误差对测距精度的影响程度会发生变化;若测距光束传播方向与卫星飞行速度有相同方向分量,则卫星飞行速度的影响必须加以考虑。     

一种基于复合测量体制的高精度轨道测量方法

为解决特殊飞行器超长距离飞行时全航路飞行轨迹的高精度测量难题,提出了一种兼容我国目前两种主流测量体制的复合体制高精度测量系统方案和一种复合转发器构建思路,分析论证了其工作原理,建立了基于复合体制的轨道测量精度评估模型,并结合理论轨道完成了系统测量精度评估的仿真计算。结果表明,复合测量体制可以实现飞行器载荷的高效复用和装备资源的有效整合,弥补了单一测量体制轨道覆盖能力的不足,过渡段测速精度提升70%以上。基于其兼容属性,该体制可适用于后续1 000 km以上超长航路飞行器的轨道测量需求。     

激光扫描相位边缘检测方法的研究

在激光扫描检测技术中,被测件边缘信号的检测精度将直接影响到系统测量的精度.讨论了一种新的边缘检测方法,即对扫描激光束进行调制,并利用调制信号的相位突变提取边缘信号.采用该方法可使工件边缘的检测精度小于微米量级.     

基于激光回馈效应的应力测量系统研究

玻璃材料的内应力直接影响玻璃零件加工质量和光学器件使用寿命,在航空航天、精密光学系统,精密加工等领域受到高度重视,高灵敏度,大测量范围的应力检测技术已经成为当前的研究热点。本文提出一种基于激光回馈效应的应力测量方法。激光回馈系统由激光器和外部反射镜构成,待测样品放置在回馈外腔中。由于应力引起的双折射效应,带有应力的样品使外腔分裂为两个“物理长度”,不同的外腔长决定了不同偏振方向的回馈光相位,通过提取相位差信息,可获得应力的大小。从理论上分析了回馈系统中激光器的输出光在正交方向的相位与外腔应力双折射的关系；通过傅里叶变换的方式得到双折射外腔激光回馈系统光强调谐曲线的相位信息；最后,采用激光回馈系统对不同的飞机座舱有机玻璃样品内应力进行了测量,并给出测量结果。该方法具有结构简单、精度高的优势,并且具有应用于玻璃材料生产线、改进制备工艺的潜力。     

激光光栅干涉技术的微位移测量研究

为提升精密测量的精度与量程,提出了激光光栅干涉技术的微位移测量方法.通过集成双光栅微位移测量方法以2 组近似正交相位差的光栅交替选择并累积高灵敏度测量区域,扩大测量量程,且在测量过程中避免激光光束存在抖动问题,通过频率调解法实行外差干涉信号处理,转变待测物理量的信息为调相或调频信号,实现测量的高分辨率.检测结果表明,该...     

激光多周期测距方法

介绍了脉冲激光测距的工作原理，分析了脉冲激光测距存在的问题。在此基础上提出了激光多周期测距方法，即用接收到的回波信号驱动发射激光主波脉冲，从而形成振荡，通过测量多个周期内的时间积累后取平均而计算距离的一种方法。阐述该方法的基本工作原理，并就提高测量精度的方法和影响因素进行了分析。给出了实现该方法的系统组成框图，分析了提高其精度的关键技术，实验证明该方法是一种成本低，测量速度快，精度高的短距离测距新方法。     

超声测距技术与非接触静电测量一体化设计方法研究

非接触感应式静电测量仪表,读数要经过乘数k与测量距离d的关系换算才能得出被测静电体的静电电压,为解决这一人工换算及测量过程繁琐问题,提出了利用超声测距技术与非接触式静电测量技术一体化静电测量方式及其设计方法,研究了超声测距技术用于非接触式静电测量一体化设计的参数与精度要求和相对测距方法应用,进行了超声测距与非接触式静电测量一体化原理与整机结构设计的可行性验证。     

极线和级次双约束的光栅投影测量方法

利用结构光辅助立体视觉技术在三维测量领域可以很好地解决被测物特征稀疏的问题,从而实现对物体几何尺寸的高精度测量。提出了利用极线和条纹级次双约束的方式,通过双目相机中的极线约束原理和多频外差法得到的光栅条纹级次进行混合约束,降低了立体匹配的待匹配区域。立体匹配过程中设计了一种带权值的窗口模板,利用相位信息配合模板匹配的方式确定初始匹配点,并通过初始匹配点与附近点的相位差值利用二次曲线拟合方法实现亚像素级匹配。实验表明:该方法在较小视场测量中应用良好,对直径10 mm大小的球体可以实现快速、准确的测量。     

利用TDC-GP21的高精度激光脉冲飞行时间测量技术

采用微小时间间距测量芯片TDC-GP21设计实现了高精度激光脉冲测距系统。详细论述了TDC-GP21的工作流程与外围电路,研究了光信号接收与放大电路,并对跨阻放大器理论进行了详细的理论论述与分析。同时,讨论了三角波定比延时脉冲时刻鉴别法,降低了系统对激光器回波信号幅度变化的要求。经实验测试获得了厘米量级的激光脉冲测距系统。系统结构简单,可实现程度高,精度高,功耗低,体积小,可以满足高精度距离测量需求。