基于PIC32的云台式地质灾害体位移监测终端设计

实现了一种以PIC32处理器为核心,搭载激光测距传感器的云台式位移监测终端的设计。终端利用激光测距传感器的非接触测量优势结合云台的立体空间内旋转功能,可以实现对地质灾害体在立体空间内位移变化情况的实时数据采集和在线监测。介绍了地质灾害体位移监测终端的组成,重点对终端测量原理、终端控制板软硬件进行了设计。终端设备结构简单,采集传输数据过程具有较好的实时性和可靠性。     

一种空间运动体与固定平面位置关系的激光测量方法

在激光测距实际应用中,空间运动物体与固定平面位置关系的测量必须满足传感器安装于运动物体,且其光轴垂直于被测平面的条件.对于传感器光轴无法垂直对准被测面的情况,传统的方法无法实现测量.结合实际应用,创新性地提出了一种空间运动物体上传感器光轴无需垂直对准被测平面的激光测距方法.通过实验室的验证,证明该方法可以实现空间运动体与固定平面之间高度与角度关系的精确测量.     

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。     

高精度事件计时器及其在卫星激光测距应用

高重复率卫星激光测距需采用事件计时方式记录激光发射和接收时刻,作为测距系统精密计时单元。本文介绍了事件计时器测量原理,以及上海天文台基于时间数字转换(TDC)和现场可编程门阵列(FPGA)所设计开发的高精度事件计时器。对该事件计时器性能进行了测试,计时精度优于10 ps,非线性误差在数皮秒内。利用上海天文台卫星激光测距系统,进行了事件计时器控制软件开发,对地面靶目标和卫星进行了观测。根据国际激光测距数据处理中心反馈,卫星测量误差达到国外同类事件计时器水平,满足卫星激光测距应用要求。     

少光子灵敏度精密激光测距方法及验证

针对传统线性探测激光能量需求高、光子计数难以区分信号和噪声的特点,提出了一种基于少光子的高精度激光测距方法。利用硅光电倍增管（Silicon Photomultiplier,SiPM）作为回波探测器,并对脉冲测距系统的回波响应模型、噪声特性以及测距精度进行分析。搭建了实验验证系统,实现了在激光波长为532 nm、能量为10 nJ的条件下,对107.86 m处的面目标进行测距。实验结果表示,系统的噪声为随机分布,且噪声幅度不超过3个像元同时响应量级,鉴别阈值略大于该值时,即可清晰地分辨出信号和噪声;对于包含32个光子的回波信号,探测器中发生雪崩像元的个数约为4个,此时系统测距精度达到3=3 cm。     

基于相位法的矿用激光测距仪设计

针对传统煤矿顶底板移近量测量无法实时监测、检测精度低、实用性差的问题,设计了一种采用集成相位法测距原理的激光测距模块作为距离测量核心模块的激光测距仪,显著提高了顶底板移近量测量的检测精度和实时性。从器件选型、逻辑控制机制两方面详细介绍了降压转换电路、接口EMC电路、五位数码管显示电路、遥控电路、激光测距模块接口电路、通讯电路六部分电路原理图设计方案,以及测距仪的软件执行逻辑流程。测距仪进行了实验室和现场基本性能和功能试验,实验结果表明,测距仪具有检测精度高、煤矿顶底板测距实用性强的特点,满足设计需求。     

偏振调能技术对SLR数据偏差的改善研究

改善激光观测数据偏差对推动毫米级精度卫星激光测距（Satellite Laser Ranging,SLR）技术在全球大地测量观测系统中应用具有重要作用。系统时延标定误差是激光观测数据偏差产生的主要原因,其中地面靶目标测量与卫星测量时的系统差异,以及单光子探测中激光回波强度所引起的光子探测时间游动误差是主要因素。以上海天文台SLR系统为平台,对上述两种测量模式下系统时延及激光回波强度差异进行了分析和修正。利用激光偏振特性,应用半波片-偏振片组合调能技术,实现两种测量模式下光路的零差异切换以及回波强度的实时控制,有效减少光路不同和探测器时间游动效应,激光数据偏差改善了10~20 mm,达到了国际SLR数据质量标准要求。激光偏振技术也可用于高重复率激光测距的激光后向散射规避,提高激光回波数,具有很好的应用推广价值。     

高自动化卫星激光测距系统研究与设计

卫星激光测距(SLR)技术因测量精度高而广泛应用,但由于涉及多门学科领域使得系统复杂,制约了自动化水平提高,影响着该技术的发展和推广应用。基于上海天文台SLR系统平台,分析了SLR的操作流程,提出光学系统、伺服系统、控制系统及远程监控管理系统等自动化发展方向,设计了角秒级精度光束指向瞄准方法,研制了精度为1″的小型化伺服控制系统,实现了观测模式的快速切换,并搭建远程监控管理系统,使整个SLR系统的自动化能力得到提高,减少了人力操作,提高了观测效率。应用上述研究成果,在国内成功进行了SLR的远程控制实验,实现了SLR系统的异地操作和监控,为SLR的全自动化及远程控制应用奠定了技术基础。     

基于卫星激光测距的Jason-2卫星定轨光压参数对轨道精度的影响北大核心CSCD

光压摄动模型是卫星动力学模型的主要误差源之一,定轨时是否考虑光压参数将影响轨道估计精度。在光压摄动的理论基础上,采用统计定轨方法,利用全球8个卫星激光测距(SLR)站观测值,对Jason-2卫星进行动力学定轨。采用内符合精度、外符合精度和重叠弧段比较三种评估手段,定量分析光压参数估计与否对轨道精度的影响。结果表明:三天估计一组光压参数计算的卫星轨道比不估计光压参数计算的卫星轨道的精度更高,且估计的轨道参数变化更平稳。     

激光混沌信号相关法测距研究

报道了将混沌信号相关法测距技术用于自由空间、光纤和电缆断点检测方面的研究结果.所研制的用于汽车防撞的混沌激光雷达样机,实现量程为150m,精度为0.18m的抗干扰激光测距.提出并研制可测量光纤网络断点的混沌相关法光时域反射仪,在实验室获得量程为65km,精度为6cm的测量结果.通过快速光电探测器将混沌激光转换电混沌信号,实现了对电缆等电介质传输线故障点的检测,得到7cm的断点定位精度.