光纤Bragg光栅传感器信号解调技术研究

目前国内应用在工程上的光纤Bragg光栅(FB6)传感器信号解调方法主要分为干涉法和滤波法两大类.针对这两类解调方法,介绍它们的工作原理及其性能特点,给出实验原理图;重点分析了三种应用广泛的滤波法,并在此基础上做了系统的比较,指出存在的问题和可以借鉴的改进方法.最后介绍了一种新型的利用波分复用(WDM)光纤耦合器的解调方法,展望该解调方法的发展前景.     

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。     

距离向扫描合成孔径激光雷达目标三维重建

合成孔径激光雷达（SAL）能够实现远距离目标的精细成像。由于SAL基于距离多普勒原理成像,将地面场景映射到成像平面上会引起高程信息的丢失。提出了一种基于距离向扫描的SAL目标三维重建方法,通过距离向扫描体制SAL得到一定扫描角度范围内的多条合成孔径图像,利用相邻条带图像目标的重叠成像实现三维重建。基于TerraSAR图像仿真计算结果表明:距离向扫描体制SAL可以实现目标的三维重建。     

相位式激光测距仿真系统的设计与实现

在高精度相位式激光测距系统的设计中,要实现测距精度,必须全面考虑环境和系统条件中各种干扰因素。传统的签相方法单一,无法保证精度。根据模块化和参数化模型设计,并综合分析发射、传输、接收、信号处理、鉴相等环节的建模要素,在传统主噪声源基础上添加了相位噪声、同频干扰、谐波等微弱噪声因子,得到了逼近实际系统的精度分析模型。运用Simulink开发了仿真系统并进行了实验,仿真结果对比表明了模型的正确性和有效性,满足高精度相位式激光测距系统的设计需求。     

高频相位式激光测距频率源分析与改进

为优化相位式激光测距的频率源设计,提高测距准确度,通过建立频率源的相位噪声和频差在电路中的传递模型,分析二者对测量误差的影响程度,得出频差是影响测距误差的主要因素,提出通过混频器改进锁相环频率源的方法.该方法采用混频器替代传统锁相环反馈同路的分频器,缩短锁相环的锁定时间,从而提高相位式激光测量的准确度.实验结果表明,在测量频率达每秒百万次时,改进后频率源引起的误差降低了39％,该方法能有效提高相位式激光测量性能.     

国产螺旋式扫描激光雷达系统自检校方法研究

论文提出一种对螺旋式扫描机载激光雷达系统进行安置角自检校的新算法。首先推导了螺旋式扫描激光雷达点云定位的数学模型;然后提取了激光雷达点云数据重叠区的面特征,并构建了基于面特征的激光雷达检校模型;最后,仿真分析了安置角误差对往返航带前后向扫描数据的影响,并利用同名面特征,基于区域网平差方法同时估计了平面参数和安置角参数。实验结果表明,该方法实现了激光雷达安置角的自检校,且绝对精度满足生产数据要求。     

轻小型机载激光扫描仪设计

介绍了作为机载激光雷达关键部件的激光扫描仪模块化设计方法和各模块主要功能。为实现激光扫描仪的小型化、轻量化目标,设计了四面棱镜作为扫描部件,分析了工作距离与光学口径的对应关系并基于探测器参数设计通光口径,采用光纤激光器作为光源有效减小了扫描仪的尺寸和功耗,并设计了准直系统对出射激光进行整形。在16 m距离和293 m距离的定点测距地面测试中,轻小型激光扫描仪精度可达到5 mm和18 mm,最后介绍了搭载轻小型激光扫描仪进行的飞行实验结果。     

地面激光扫描仪的灰度优先距离检校模型

针对加乘常数改正和灰度改正的优先顺序,提出了灰度优先的距离检校模型。首先分析了脉冲式测距的主要误差源;然后验证了加乘常数和距离改正表的存在性,以及灰度对加乘常数的影响,接着验证了不同距离处距离改正表的一致性;最后提出了灰度优先的距离检校模型。为了得到不同灰阶的数据,利用地面激光扫描仪对不同灰阶靶标板进行二维扫描,并用不同距离的数据,比较了不同距离检校模型的精度,实验结果表明,灰度优先检校模型的精度高于常数优先检校模型的精度,距离精度提高到5 mm。同时,灰度优先检校模型的结果不受灰度影响,具有普适性。     

相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进

针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法.分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略.提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相.仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40 dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时,测距精度达到0.4 mm.实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距.     

相位式激光测距全相位谱分析鉴相算法

为降低相位式激光测距的鉴相偏差,以余弦信号为对象深入研究全相位谱分析鉴相的性能。将余弦信号分解为指数形式进行频谱变换,得出负频率会引起谱分析鉴相偏差,但全相位谱分析的频谱泄漏远小于传统傅里叶变换(FFT)法,仿真时鉴相偏差降为后者的1‰。从信噪比增益角度研究窗函数对鉴相精确度的影响,分析表明,归一化频率偏移量绝对值小于0.3时,采用矩形窗的全相位谱分析鉴相方差最小,可达克拉美罗下限的1.3倍。实验结果表明,在测距系统中可忽略全相位谱分析鉴相的偏差,当信噪比为34 dB时,每秒百万次鉴相的精确度为3.3 mrad,测距精确度达1 mm,全相位谱分析适用于高精确度相位式激光测距。