红外相位测距系统精度及误差分析

讨论红外相位测距系统的测距精度及误差来源，对系统的合理化设计、正确使用及系统检验是非常重要的。本文就系统几项影响较大的误差进行定性、定量分析，并提出改进措施．     

双光梳非线性异步光学采样测距中关键参数的数值分析

双光梳异步光学采样的绝对测距方法具有量程大、测速快和精度高等特点,在几何量精密测量领域具有广泛的应用前景.特别地,结合异步光学采样和非线性强度互相关的倍频信号时域探测方法,可以有效避免测量过程中载波包络偏移频率对测距精度的影响.本文针对双光梳非线性异步光学采样绝对测距系统,对影响其测距精度的理论模型和关键参数进行数值模...     

超声测距系统中的误差来源及补偿

目前有许多超宗测距系统采用单片机来控制，这些系统易于进行误差补偿．本文讨论了超声测距中几种主要的误差来源，并给出了相应的补偿方法，这些讨论可供设计超声测距系统时参考，也可用于估计和评价超声测距系统的性能．     

二元光学元件制作误差分析与模拟

从标量衍射理论出发，首先从理论上计算出多台阶二元化学元件发生深度误差时衍射效率的解析式，然后以４台阶和８台阶闪耀光栅为例，对二元光学元件套刻制作中的主要误差及其这些误差之间的相互影响进行了系统的分析和计算机模拟研究，模拟结果给实际制作提供了重要理论指导和实验参数。     

氧气吸收被动测距技术中的折射吸收误差

大气层中气体浓度随海拔高度的指数衰减造成了大气折射率的不均匀分布。目标辐射在大气层中传播时,其辐射路径因折射作用变为曲线,而在求解目标距离时却是沿视在路径计算氧气吸收率,这使得氧气吸收被动测距中存在一个固有误差项,这里称之为折射吸收误差。为了分析折射吸收误差对氧气吸收被动测距的影响,分别计算目标辐射路径和视在路径的氧气浓度,并通过辐射路径和视在路径上吸收气体含量相等的方法,建立了不同视在天顶角的折射吸收误差和目标真实距离的关系。结果表明:相同天顶角下,折射吸收误差随路径长度增加而变大。天顶角小于90°时,折射吸收误差变化规律复杂,但能满足100km以内的高精度近程测距和150km以上的远程告警;天顶角大于90°时,折射吸收误差的变化规律简单且误差值很小,可实现全程高精度测距。因此该结论可为氧气吸收被动测距技术的误差修正提供一定的理论支持,同时也证明了该被动测距技术的适用性。     

一种光学频率梳绝对测距的新方法

采用光学频率梳的高精度绝对距离测量技术在航空航天、科学研究和工业生产等领域都发挥着重要作用.提出一种利用光学频率梳技术,通过检测光强实现绝对距离测量的新方法,研究了光学频率梳发出脉冲的时间相干性,分析了光强与被测距离之间的关系、干涉条纹峰值点位置与被测距离之间的关系.建立了基于Michelson干涉原理的测距系统,通过测量光强信息得到被测距离.以高精度纳米位移平台的位移量作为长度基准进行了绝对测距实验,在每个被测距离点都重复进行了10次实验,将10次实验测得的光强值取平均后用于距离的计算.实验结果表明,该方法可以实现绝对距离测量,在10μm测量范围内,最大误差为47 nm.因此,该方法可以应用于大尺寸高精度的绝对距离测量.     

双星光学观测体系的目标定位误差分析

为提高双星光学观测体系的定位精度,构建了新型双星光学定位系统。通过对卫星、光电观测平台的建模,构建了地惯系下平台与目标间的观测矢量模型。利用几何定位算法,推导出了地惯系下的目标定位模型与定位误差模型,并利用蒙特卡罗法获得了定位误差分布。在此基础上,引入了小波理论进行误差的优化重构,以提高双星光学观测体系的定位精度。利用测量数据进行仿真,结果表明,引入小波理论对目标定位误差进行降噪重构后,可以使目标定位精度提高30%,为工程上减小目标定位误差提供了新的思路。     

光学被动式和机电式组合消热差方法的研究

为了解决机电式消热差中光学系统热差太大,透镜的移动不能补偿温度变化引起的像面漂移问题,提出光学被动式和机电式消热差相结合的无热设计方法。该方法先通过光学被动消热差方法得到合理的消热差透镜组合,使热差控制在较小的范围内;然后通过机电消热差的方法消除剩余热差。在(-40～60)℃温度范围内,利用该方法对波长为(7.5～10.5)μm的双视场红外光学系统进行无热化设计,借助传递函数(MTF)对设计结果进行评价,说明该设计在整个温度范围内满足系统像差要求。     

激光遥感偏振成像系统光学元件调整及误差分析

改进了利用双旋转波片方法进行偏振成像的实验装置,提出了通过一次测量获得目标偏振度和强度编码图像的方法.运用光强法对激光遥感偏振成像装置的光学元件进行调整,通过斯托克斯和穆勒矩阵在偏振光学元件中的应用,给出了相应光学元件的调整原理、方法及过程.分析了激光器中心波长变动、偏振片的角度误差和波片的相位延迟及角度误差对整个系统的影响.结果表明,由偏振片角度和波片角度误差造成的出射光斯托克斯误差较小,不超过0.001,可以忽略;由波片相位延迟不精确造成的误差在0.02左右,所以应采用延迟精度较高的波片;激光器中心波长变化的影响最大,不能忽略,必须加滤光片使接收光的中心波长控制在808nm;镀有铝膜望远镜对接收到的散射光偏振度影响较小,适于激光遥感偏振成像系统的应用.     

误差分析知识结构图在普物光学 实验复习教学中的应用

针对大学生在普物光学实验的误差分析中出现的常见错误, 构建了误差分析知识结构图. 对比传统的 实验复习课, 基于误差分析知识结构图的实验复习教学, 能更有效地帮助学生理解误差分析及方法. 误差分析知识 结构图的引入, 为普物光学实验的复习教学提供新的思路     

光电被动测距技术

光电被动测距技术主要有基于图像处理的测距法、基于角度测量的测距法、基于目标物体辐射特性和大气光谱传输特性模型的测距法以及记时法等。综述了国内外光电被动测距技术的原理、特点及应用领域。结果表明,被动测距在工业和军事应用领域具有重要的现实意义,诸如在完成各种工业或军事任务时的机器人视觉系统,基于运动分析的空间卫星跟踪系统,导弹火控系统,自动飞行器着陆与精确导航系统,军事侦察的航空或卫星照片的自动分析系统,战场的侦察系统等领域均有广泛的应用。     

A two-dimensional vision system with optical ranging capability

This paper describes an optical three-dimensional (3D) camera developed by combining a two-dimensional intensity image and non-contact time of flight (TOP) range image. The camera system consists of an amplitude modulated light source, an image dissector tube, a phase measuring circuit, and a host PC for system control. A semiconductor diode laser light source or a white light source and Kerr cell is used to generate continuously high frequency modulated light for bulk illumination of the scene to be viewed. A compact, 25 mm diameter image dissector camera (Hamamatsu N2730 or R4193) is used as a receiver to detect the modulated light and generate both a two-dimensional intensity image and a range image. The range is obtained by measuring the phase between the received signal and the transmitted signal. With the large detection area and the random access property of the image dissector camera, it is easy to scan systematically and electronically the illuminated area, within the frame, to identify the required object. Three different modulated frequencies (between 10 MHz and 45 MHz) have been used to obtain a range accuracy of 4 mm, over a distance of 10 m, within a time period of 10 ms per pixel. A demonstration of the three-dimensional vision system has been given, having an update time of 1 s during which a high resolution intensity image (300 × 300 pixels) is produced together with a limited number (100) of range measurements obtained for important features.     

光学层析技术中常见迭代重建算法的误差分析

为了得到较好的重建结果,对光学层析技术中常见迭代重建算法中的代数重建算法(ART)和同时迭代重建算法(SIRT)的重建参数进行分析,通过选择重建参数和计算机数值模拟达到重建要求.计算机数值模拟证明了松弛因子的选择对迭代重建算法的重建结果有非常重要的影响.在ART算法中,其他重建条件一定,松弛因子太大或太小时重建误差都会增大,松弛因子在0.4～1.5范围内时重建精度基本满足要求,最优松弛因子约为0.8;在SIRT算法中,松弛因子在4～12范围内时重建精度基本满足要求,最优松弛因子约为12.总结出代数重建算法和同时迭代重建算法不同条件下松弛因子选择的规律.在ART算法中,投影方向数增加松弛因子减小, 每方向投影数与重建分辨率对松弛因子无影响,松弛因子一定的情况下,投影数太小或太大误差会增大.在SIRT算法中,投影方向数增加松弛因子减小,并且投影方向数增加一倍最优松弛因子约减小为原来的50%; 每方向投影数增加最优松弛因子减小,且投影数增加一倍,最优松弛因子约减小原来的50%; 重建分辨率增加,最优松弛因子增加.     

光纤面板刀口响应测试仪误差分析

为满足光学纤维面板生产厂、研究所和计量站的检测需要，我们分别研制了ＤＸ－１、ＤＸ－９２１和ＤＸＺ－９０１三种型号的光纤板刀口响应测试仪。本文针对测试精度最高的ＤＸＺ－９０１型仪器进行误差分析，首先给出光纤板刀口响应的曲线拟合，然后分析和计算该测试仪的扫描误差、光度测量误差和狭缝影响等误差因素及其误差贡献，并将测试仪的有关参数代入，最后得出该测试仪的刀口响应的总不确定度，以便对仪器的测值可信度有个理论上的估计。     

无源光接入网单纤三向消偏振截止滤光片的研制

无源光接入网单纤三向技术是实现音频、视频、数据集成传输的关键技术。由于单纤三向滤波要求薄膜器件是大角度入射,因而所造成的偏振分离限制了信道的分离。在单纤三向滤光片的设计中,通过运用消偏振截止设计的方法,经过理论分析,并在莱宝APS1104机上镀膜,研制出了入射角为45°时偏振分量截止位置重合的消偏振截止滤光片,消除了偏振截止分离的影响。     

Brewster-oriented passive Q-switch intracavity optical parametric oscillator

The behaviour of passively Q-switched solid-state lasers containing intracavity optical parametric oscillators (OPOs) is described, and a model to optimize this system‘s performance is developed. Meanwhile, an Nd:YAG laserpumped KTiOPO4 (KTP) intracavity OPO for eye safe laser output is studied experimentally. A Brewster-oriented bis-(4-dimethylaminodithiobenzil)-nickel (BDN) dye film is employed in laser cavity, which plays the double role of a passive Q-switch and a Brewster plate, to Q-switch the light to increase its intensity and polarize the light so that the polarization plane of fundamental irradiation is perpendicular to the Z-axis of KTP serving as the OPO nonlinear crystal, thereby providing type Ⅱ phase matching conditions to generate 1.572μm eye-safe signal laser. Eye-safe signal radiations of 6.6mJ per pulse at 1.572μm wavelength and pulse width as narrow as 6.0ns (FWHM) were obtained. Peak power was up to 1.1MW.     

Injection locked Fabry-Perot laser diodes for WDM passive optical network spare function

In this paper, a protection scheme for transmitters in wavelength-division-multiplexing passive optical network (WDM-PON) has been proposed and demonstrated. If any downstream transmitter encounters problems at the central office (CO), the interrupted communication can be restored immediately by injecting a Fabry-Perot laser diode (FP-LD) with the upstream lightwave corresponding to the failure transmitter. Compared with the conventional methods, this proposed architecture provides a cost-effective and reliable protection scheme employing a common FP-LD. In the experiment, a 1:36 protection capability was implemented with a 2.5 Gbit/s downstream transmission capability.     

利用波导不变量进行运动单线阵的无源测距测速

为克服单线阵难以无源测距、测速的缺点,提出了利用目标辐射低频声场干涉结构和波导不变量的运动单线阵无源测距、测速方法。定义了运动目标的距离距变率比（目标距离与距离变化率的比值）,并利用与目标辐射声场的时间-频率干涉结构和波导不变量相关的变量来表征距离距变率比。根据此定义,通过对目标辐射声场的时间-频率干涉结构图进行Radon变换等处理,实现对距离距变率比的估计。利用所估计的距离距变率比,结合平台速度、目标方位角和目标航向角实现对目标距离和速度的同时估计。仿真实验验证了所提方法在测距、测速时的正确性和有效性。结果表明:所提方法在目标航向角较大时有较高的距离、速度估计精度;同时,目标方位估计误差越小,所提方法的距离、速度估计精度越高。     

提高短距离脉冲式激光测距精度的研究

脉冲式激光测距机因其结构简单、非合作目标、测量速度快、测量距离远等特点,被广泛应用于军事,遥感,工程建设等领域。但脉冲激光测距在短距离(100m内)测量中相对误差较高,大大限制了脉冲激光测距在短距离测距中的应用。针对短距离脉冲激光测距误差进行分析,采用单片机控制TDC-GP2芯片在一个测量周期内进行多次测量,然后通过单片机计算取其平均值后输出,结合自动增益控制(AGC)技术、温度控制技术、以及雪崩二极管(APD)接收放大技术等,大大地提高了短距离脉冲激光测距的精度。     

双级光隔离器理论及装配误差分析

传统双级光隔离器45°装配无法达到隔离度最优化问题。从双级光隔离器的光学结构和工作原理入手,分析了双级光隔离器的插入损耗、反向隔离度,以及偏振相关损耗,使用MATLAB定量分析了双级隔离器装配存在偏转角度误差时的插入损耗和反向隔离度,为双级隔离器装配的最佳化提供了理论上应保证44°装配这一可行的保障方法。