基于速度平滑距离的高精度测量方法研究

随着卫星定位以及测定轨精度的提高，需要研究厘米量级的高精度测距系统。针对现有测控系统测量距离值存在较大随机误差的问题，提出了一种基于速度对距离值进行平滑的方法，以减小测距随机误差。为了保证速度的解算精度，给出了一种基于三阶锁相环路的跟踪接收方案，并对环路跟踪精度、速度平滑时间选择及优化等进行分析和仿真。仿真结果表明，新提出的接收方案和速率平滑距离方法能够实现对不同动态目标信号的有效跟踪，有效降低距离测量的随机误差，可为高精度航天测控系统提供一种解决思路。     

脉冲激光测距时间间隔测量技术

在脉冲激光测距系统中,为提高时间间隔测量的精度,采用插值法进行时间间隔测量。在分析传统的数字计数法测量原理与误差的基础上,重点研究了插值法。其测量对象针对传统数字计数法中待测脉冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔。测量采用电容充放电技术,把时间间隔加入到一个时间扩展模块(通常为一只高精度的电容),实现时间上的放大,再对放大后的时间进行测量,可提高时间测量的精度。利用该方法得到的时间间隔测量精度可达到100 ps,对应于1.5 cm的测距精度。     

提高近程运动目标实时测距性能的方法研究

为了提高机场泊位引导系统中激光测距的精度和频率,对测距方法、脉冲展宽的影响、系统接收信噪比、接收带宽、阈值设定方法等几个方面进行了研究。通过改进自触发脉冲飞行时间激光测距法,提高发射信号峰值功率,采用合适滤波器、减小接收系统带宽、设置自适应阈值等手段有效提高了测距系统对近程运动目标的测距性能。采用半实物仿真手段进行动态测距实验,结果表明,测距机的动态测量精度小于2cm,满足泊位系统测距性能的要求。     

高频共振预探测多脉冲激光测距方法

在无合作目标激光测距中,提出了一种高频共振预探测和多脉冲相关处理对远目标距离进行高精度测量的技术方案.脉冲回波光电流信号经高频共振预探测电路进行放大滤波处理并转换为包含高精度定时特征点的高信噪比的双极性衰减振荡脉冲信号;之后利用多脉冲相关处理构造出的新脉冲函数进一步改善其信噪比.理论计算结果表明:最小可探测光脉冲电流仅为17 nA,与直接探测脉冲方法相比信噪比可提高60倍;在回波光电流脉冲峰值1:10000的动态范围内,走离误差小于0.1 ps.根据此原理研制出了脉冲激光测距仪,仪器在激光发射平均功率约为1 mW时,无合作目标测程大于2000 m,在1.5—300 m范围内测距精度达到±(3 mm+2 ppm),远目标测距精度为±(10 mm+10 ppm).该测距仪系统已用于全站仪产品中.     

机载光电稳瞄系统实时被动测距方法研究

针对现有直升机机载光电稳瞄系统高精度角度测量和角速率测量的特点,提出一种利用测量目标相对角度和角度变化率等参数实现目标实时被动测距的方法。建立了机载稳瞄平台对地面固定目标定位的数学模型,提出利用系统旋转变压器测量目标角度,利用惯性速率陀螺测量目标角度变化率。该方法使得目标角度变化率的测量精度(优于0.1 mrad/s)比一般光学方法提高了一个数量级。利用扩展卡耳曼滤波(EKF)算法提高目标距离估算精度,保证测量结果的稳定性。理论仿真和外场验证实验结果表明,该方法可以实时估算目标相对载机的距离,适合于武装直升机快速实时目标定位。     

奇异谱分析用于提升双光梳激光测距精度

从含噪数据中提取信号从而提升数据采集系统精度是极为重要的问题.奇异谱分析(singular spectrum analysis,SSA)作为一种无参数频谱估计技术,广泛用于区分系统模型未知情况下的动态系统信号的复杂成分.本文应用SSA方法提取双光梳飞秒激光测距系统中的含噪时间序列的距离信息,数值仿真显示SSA方法可以从含有有色噪声的信号中提取距离信号.实验中,SSA方法成功地从含有量子噪声的测距信号中提取出激光与目标之间的距离信息,提取后的信号有13倍的精度提升.这种方法同样适用于高维信号,如基于飞秒激光测距的高精度、高速率表面形貌测量的图像提取.     

低轨四星时差定位技术研究

文章重点分析影响低轨四星时差定位系统精度的主要因素;首先,从四星时差定位的基本原理出发,对四星时差定位的模型和几何精度因子进行了详细的推导,并通过仿真分析了四星构型、时差测量精度、卫星位置误差、基线长度、星座投影面积等对四星时差定位系统精度的影响;通过比较可知,在相同参数条件下,采用Y形构形,减小时差测量误差、提高卫星定位精度、增加基线长度,增大星座投影面积均等均能够提高该系统的定位精度;在低轨四星定位系统应用场景中,四星构型、卫星绝对位置测量精度、基线长度以及星座投影面积对四星时差定位系统精度影响较大,时差测量精度和卫星相对位置测量精度对四星时差定位系统精度影响较小;而在实际任务中应权衡各因素的效费比,来保证定位精度。     

近红外瞬态脉冲波前高精度干涉检测技术

惯性约束聚变(ICF)系统中高能瞬态脉冲激光由于脉冲时间短、能量高、波前畸变大,通常的检测方法难于检测脉冲激光波前。提出了一种基于空间相位调制技术可用于近红外瞬态波前高精度检测的环形径向剪切干涉仪。该系统可以以30~150 mm的圆瞳和方瞳口径、对波长为1064 nm的近红外纳秒级脉宽的脉冲激光波前实现共路、无参考面的瞬态、高精度的检测。系统的波前重构理论经过计算机仿真验证,精度达1/1000λ以上;检测结果与ZYGO数字波面干涉仪进行了比对,峰谷值、均方根值均优于1/15λ,并具有很好的可重复性。该系统目前已用于惯性约束聚变系统的脉冲检测,并且该技术适用于各种可见光和红外波段激光。     

Multiple-Scattering-Free Optical Glucose Monitoring Based on Femtosecond Pulse Interferometry

We have designed a novel multiple-scattering-free optical glucose monitoring system based on femtosecond pulse interferometry. The glucose concentration is determined by a time-of-flight method, while multiple-scattering light is rejected by a coherence gate. The resultant accuracy and precision were 94.7 and 24.5 mg/dl, respectively, for physiological-equivalent glucose concentrations in a scattering medium of 1.0% intralipid solution, while the accuracy and precision for a reference sample containing no scattering medium were 65.3 and 23.8 mg/dl, respectively. Comparing these results, we conclude that the proposed method is effective for glucose measurement in a scattering medium.     

A novel x-ray circularly polarized ranging method

Range measurement has found multiple applications in deep space missions. With more and further deep space exploration activities happening now and in the future, the requirement for range measurement has risen. In view of the future ranging requirement, a novel x-ray polarized ranging method based on the circular polarization modulation is proposed,termed as x-ray circularly polarized ranging(XCPol R). XCPol R utilizes the circular polarization modulation to process x-ray signals and the ranging information is conveyed by the circular polarization states. As the circular polarization states present good stability in space propagation and x-ray detectors have light weight and low power consumption, XCPol R shows great potential in the long-distance range measurement and provides an option for future deep space ranging. In this paper, we present a detailed illustration of XCPol R. Firstly, the structure of the polarized ranging system is described and the signal models in the ranging process are established mathematically. Then, the main factors that affect the ranging accuracy, including the Doppler effect, the differential demodulation, and the correlation error, are analyzed theoretically.Finally, numerical simulation is carried out to evaluate the performance of XCPol R.     

飞秒光频梳的任意长绝对测距

高精度测距在工业、航空航天、科学研究等方面都具有重要应用, 而不断发展的激光测距技术始终处于前沿研究领域. 本文研究飞秒光频梳绝对测距技术, 拓展光梳在长度测量领域的应用. 在利用脉冲激光进行任意绝对长度测量中常用到飞行时间法, 然而其测量分辨力受限于电子器件的带宽, 仅为毫米量级. 为克服这一缺点, 本文研究了光梳多脉冲序列之间的时间相干性, 结合多脉冲序列干涉法和飞行时间法提出了任意长绝对测距的方法, 搭建了基于改进型Michelson干涉原理的任意绝对测长系统, 通过同时测量多脉冲序列的一阶和二阶互相关信号, 可以分别计算出飞行时间的时间差, 即可得到被测距离. 利用光梳作为光源进行了0.6m的绝对测距实验, 将测量结果与高精度激光位移传感器的测量值进行比较, 实验结果表明本系统具有良好的测量线性度, 并且测距精度可达±0.5μm. 关键词： 飞秒光频梳 任意长绝对测距 飞行时间法 多脉冲序列干涉法     

堆振荡器法测量反应性的误差因素分析

为合理选择堆振荡器法实验条件,利用数值求解和公式推导,对影响测量精度的几项主要因素进行了分析。研究表明,通过选择合适的反应性振荡幅度及频率,可以提高堆振荡器法测量反应性的精度。由分析结果可知,对于中子代时间较短的反应堆,要使用堆振荡器法测量小反应性,在测量条件允许的情况下,应尽可能选择高频率的反应性振荡。     

A precision analysis and determination of the technical requirements of an atom interferometer for gravity measurement

The influence of the wave-front curvature of Raman pulses on the measurement precision of gravitational acceleration in atom interferometry is analysed by the method of a transmission matrix. It is shown that the measurement precision of gravitational acceleration is largely dependent on the spot size of the Raman pulse, the temporal interval between Raman pulses and the optical path difference of the two counter-propagating Raman pulses. Moreover, the influence of Doppler frequency shift on the precision is discussed. In order to get a certain measurement precision, the requirement for the accuracy of frequency scanning of the Raman pulse to compensate for the Doppler frequency shift is obtained.      

红外告警系统三站被动测距目标确认及精度分析

介绍了基于红外告警系统的被动测距原理,探讨了影响被动测距的误差来源,在此基础上给出了目标同一性的判定条件,结合作战使用分析了三站红外被动测距系统的目标测距精度。结果表明,2 km的站点布阵可以保证对22 km范围内的目标测距精度优于8%,对40 km范围内的目标测距精度优于15%,可实现对目标全方位、远距离、高精度被动测距。     

脉冲激光测距机检定测试设备

介绍一种有方便校准测距机主要性能参数的智能化综合检定测试系统。主要检测测距机理的距离准确性、最大及最小测程、脉冲能量、脉宽、重频特性、束散角及光轴稳定性等。给出主要的校准及传递方法。     

基于脉冲分组的光剂量监控新算法

精确控制脉冲激光加工光剂量是保证加工产品工艺和质量的关键。在对现有的光剂量控制算法进行分析后,提出了基于脉冲分组的光剂量监控新算法,有效提高了光剂量监测精度和反馈控制速度。设计了光剂量监控系统,实现了脉冲激光加工光剂量实时监测及反馈控制。与Ophir公司的StarLab激光能量测量系统相比,500个激光脉冲以内的总能量测量,本系统测量误差不超过±0.1 5%。对一套脉冲最大重复频率为10 kHz、单脉冲最大能量为5 mJ、恒压工作下最大能量波动为±10%的脉冲激光加工系统光剂量进行了监控实验。在本系统的监控下,可将日标光剂量为150 mJ/mm~2以内的加工光剂量控制精度和重复精度分别控制在0.90%和0.100mJ/mm~2以内,同时将光剂量反馈控制速度提高了4倍。     

飞秒脉冲非对称互相关绝对测距

光学频率梳是一种重复频率与偏置频率锁定的新型光源,在频域上为频率间隔稳定的频率梳齿,在时域上为相对距离稳定的飞秒脉冲激光.光学频率梳在测距中的应用广泛,能够实现远距离高精度的测量.本实验使用飞秒激光脉冲作为光源,基于谐振腔扫描光学采样测距原理得到非对称的互相关干涉条纹,实现了远距离高精度的绝对测距.非对称互相关条纹可通过色散补偿与调节光学频率梳的重复频率得到,并通过得到的非对称的互相关干涉条纹对测距结果进行补偿.实验结果表明测距系统能够实现在50 m范围内误差为2 μm的绝对测距,测量相对误差为1.9×10^-7.     

影响消光比测试精度的主要因素分析

介绍了脉冲激光测距机消光比测试系统的功能和结构。对影响脉冲激光测距机消光比测试精度的主要因素逐一进行了分析。结果表明 ,用消光比测试方法考核验收脉冲激光测距机的最大测程和整机测距灵敏度 ,替代现行的在野外对特定目标的实际测距考核和验收 ,有效地克服了气象差异对测量精度的影响和地形条件对测试工作的限制     

一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距新方法的理论分析

本文提出了一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距的新方法, 结合基于双光梳互相关的多外差距离测量和基于重复频率的梳间拍频距离测量, 在不需要依靠脉冲飞行时间先验判断以及扫描重复频率或扫描参考光路的前提下实现km量程高精度绝对测距. 文章在光梳基本原理和测距方案的基础上, 建立了基于双光梳的大尺寸距离测量链理论模型, 讨论了多外差最低谱线和光梳重复频率稳定度对测量结果的影响, 并进行了大量仿真计算; 仿真结果表明, 在理想相位解调精度的前提下, 该方法的测距误差优于± 50 pm, 且多外差最低谱线的频率偏差对测距造成的影响远低于多外差测量的测距分辨力, 验证了该方法能够用于开展大尺寸高精度绝对测距研究. 关键词： 激光测距 飞秒光梳 重复频率 多外差干涉     

仪器分辨率对氧气A带被动测距的影响分析

透过率的计算是红外目标被动测距技术的核心,其精度直接影响到被测距离的精度,而仪器分辨率又直接影响到光谱信号的精度。为了研究光谱仪器分辨率对带平均透过率的影响,选用氧气A带为研究对象,采用基线拟合方式计算被测目标的带平均透过率,利用随机Malkmus模型计算被测目标距离,从而获得仪器分辨率对被动测距的影响。为此,搭建了被动测距实验系统,通过对卤素灯光源在不同距离的光谱测量,验证仪器分辨率对带平均模式被动测距的影响。首先,介绍氧气A带透过率的计算方法,计算理论值;以卤素灯为光源,利用光谱仪分别测量相同距离不同分辨率的光谱曲线,计算实测大气透过率,分析光谱分辨率对单谱线的影响;然后,在分析比较透过率模型和实测透过率谱线的基础上,对透过率计算模型进行拟合、校正,验证光谱分辨率对带模型的影响。对于单条谱线,仪器的不同分辨率可测得的谱线区别较大,而对带平均谱线,相同波数点的光谱信号取平均,获得平均效应,使得被测谱线几乎没有变化;分辨率的模型选择需根据不同的应用场合、不同的精度要求选择合适的分辨率。实验结果表明：分辨率对单谱线的透过率影响较大,随着分辨率的降低,被捕获的光谱信息点取值越少,被测目标距离相关系数越小;分辨率对带平均透过率的计算影响较小,不同分辨率下测得的目标距离,几乎重合;而仪器分辨率越高则测量时间越长,当使用带平均透过率计算被测目标距离,在精度要求范围内,可以适当降低仪器分辨率,从而极大地提高测量速度,并达到测量实时性,同时降低系统搭建的成本。该结论可为透过率测量的应用提供依据。