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拟研究.对双光梳异步光学采样的理论模型进行分析后,分别研究了双光梳光源参数(重复频率和重复频率差)、倍频信号精细拟合及脉冲时间抖动对测距精度的影响.数值分析结果表明:选择合理的重复频率和重复频率差有利于提升测距精度,此外适当提高测量速度可以有效降低脉冲时间抖动对测距误差的影响.     

光学测距机精度检查仪的研制

本文介绍一种体积小精度高的光学测距机精度检查仪,着重分析了提高精度和减少失调的方法,这对其它高精度光学仪器的设计和制造具有一定的参考价值。     

音码混合测距在深空探测中的应用研究

深空探测具有目标距离远、信号往返时延大等特点。提出了一种适用于深空探测的音码混合测距方法,详细分析了测距信号发送、接收时序,并阐述了距离捕获、解模糊和跟踪的过程。最后进行了实验研究,与纯侧音测距相比,音码混合测距精度更高,测距值更稳定。     

百微米精度的单光子测距

本文发展了一种基于高精度单光子探测器的激光测距方法,实现了百微米量级精度的非合作目标激光测距.单光子测距系统引入参考位置,有效地抑制了系统延时漂移,使光子飞行时间测量精度达到0.5 ps,在2 m测距距离处,单光子测距系统的测距精度达到65μm@RMS.这项工作达到了当前脉冲飞行时间测距最高精度水平,为远距离非合作目标高精度测距和成像提供了一种有效的技术.     

空间近距离非合作目标的光学主被动复合探测

以天基空间目标探测研究为背景,提出了一种空间近距离非合作目标的光学主被动复合探测系统。该系统由扫描和凝视两套被动成像子系统和一套主动激光雷达子系统组成。两套成像子系统的配合能实现大范围搜索,高精度定向及目标的识别、跟踪,克服了以往空间探测器在设计中存在的大视场与高分辨率的矛盾。激光雷达子系统具有对目标精确测距、测速的能力,再配合被动成像子系统给出的目标方位信息,使整套系统可对空间目标进行球坐标定位,计算其轨道参数。在假定条件下进行了系统设计举例,分析了设计中的各个关键技术,给出了系统相应的关键设计参数。为星载光学探测系统设计提供了一种新思路、新途径。     

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.     

基于双频超声波技术的导盲实验设计

为提高学生对超声波的实际应用能力,在超声波测距技术的基础上,引入广泛应用于海洋探测方法中的双频超声波探测技术设计了一个导盲实验。该导盲系统能够在十几米甚至二十米的范围精确地探测障碍物距离,同时具有大量程与高精度两大优势,且采用太阳能供电,报警装置还可以播报障碍物距离。     

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.     

基于石墨烯光力系统的非线性光学效应及非线性光学质量传感

研究了由泵浦光和探测光同时驱动的石墨烯光力系统中的非线性光学现象,如光学双稳态和四波混频现象.通过控制泵浦光功率强度和失谐能有效操控光学双稳态.对石墨烯光力系统中的四波混频研究发现四波混频谱中尖峰的位置正对应石墨烯振子频率的数值,因此给出一种测量石墨烯振子频率的非线性光学方法.此外,基于对石墨烯光力系统中四波混频的研究进一步理论提出一种非线性光学质量传感方案.通过探测四波混频谱中由于纳米颗粒质量引起的机械共振频移可直接测出沉积在石墨烯振子面上的纳米颗粒的质量.该非线性光学质量传感方案将对探测噪声免疫,并且将在高精度及高分辨率质量传感器件方面有着潜在应用.     

基于双模式探测器的大动态范围激光测距EI北大核心CSCD

开发了一种基于双模式探测的大动态范围激光测距方法.使用基于硅雪崩光电二极管（APD）的单个探测器在线性模式与盖革模式之间切换,实现了平均光子数为1~105的大动态强度范围光信号探测.在此基础上,进行了30m的室内线性探测模式测距和500m的室外盖革探测模式测距实验,利用时间相关单光子计数设备记录的信号详细分析了两种模式测距的时间特性,证明了这种方法可以根据探测距离和背景环境进行探测模式切换,从而实现大动态范围激光测距.并且进一步分析了APD偏置电压的调节对测距系统测量精度以及探测背景噪声的影响.     

图像深度估计的光学微分方法

讨论了光学微分方法在图像深度估计问题中的应用。基于线性成像理论对Farid提出的光学微分模型进行了推广,即用于图像深度估计的两幅图像在成像过程中可以满足任意阶的线性微分关系。此模型拓宽了光学微分的概念,使两次成像之间关系有了更多的光学微分形式。围绕如何选择合适的光学微分关系以使系统的整体性能达到最优,分析了光学成像系统的参量对于图像深度估计的精度以及纵向分辨力的影响,并且对光学微分方法中的关键光学元件—光学掩模板的构建方法及优化问题也作了初步的探讨。     

水下噪声目标被动测距技术研究

运用被动测距声纳中的三元测距技术，通过直接测1、3阵元的时延差来实现时延估计。仿真结果表明，改进的时延估计方法可提高时延估计精度，从而改善测距精度。此外，定义临界距离，并以此为分界点，分别采用K系数分配法和直接测量法对中远程和近程目标进行测距，解决了被动声纳的近程测距模糊问题。将其应用于声纳系统中，可显著提高声纳的被动测距能力，使被动测距声纳可全程测距。     

Visual Passive Ranging Method Based on Re-entrant Coaxial Optical Path and Experimental Verification

To overcome the shortcomings of the traditional passive ranging technology based on image, such as poor ranging accuracy, low reliability and complex system, a new visual passive ranging method based on re-entrant coaxial optical path is presented. The target image is obtained using double cameras with coaxial optical path. Since there is imaging optical path difference between the cameras, the images are different. In comparison of the image differences, the target range could be reversed. The principle of the ranging method and the ranging model are described. The relationship among parameters in the ranging process is analyzed quantitatively. Meanwhile,the system composition and technical realization scheme are also presented. Also, the principle of the method is verified by the equivalent experiment. The experimental results show that the design scheme is correct and feasible with good robustness. Generally, the ranging error is less than 10% with good convergence. The optical path is designed in a re-entrant mode to reduce the volume and weight of the system. Through the coaxial design,the visual passive range of the targets with any posture can be obtained in real time. The system can be widely used in electro-optical countermeasure and concealed photoelectric detection.     

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。     

虚拟时反镜在水声被动测距中的应用

水声信道多途干涉使被动测距产生偏差．接收信号的自相关输出波形含有信道冲激响应结构的信息，本文提出通过简化模型可估计出信道冲激响应，并将其时间反转构造一前置预处理器，可实现虚拟时间反转镜（VTRM）．虚拟时反镜可获得时间、空间上的自适应聚焦效果，克服多途干涉对被动测距的影响，并且实现简单，可实时对目标进行测距．通过计算机仿真研究，验证VTRM技术可匹配声信道，提高被动测距的精度．     

被动测距系统的数字图像生成模块设计

为了检验和优化被动测距系统的设计,利用傅里叶光学理论设计并实现了一种数字图像生成模块,在给定光学系统参数条件下,模拟得到了系统的光学传递函数、点扩散函数等重要特性,在两种不同的光电被动测距方案下对该系统进行了系统仿真实验,实验结果验证了模块设计的合理性.     

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。     

基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究

调频连续波激光测距方法可以实现高精度的大尺寸绝对距离测量, 且测量过程无需合作目标, 在大空间坐标精密测量领域有很高的研究价值. 而如何提高测量分辨率和实用化一直是近年来调频连续波激光绝对测距研究的热点. 本文研究了调频连续波激光测距的原理, 基于双光路调频连续波激光测距系统, 提出了通过信号拼接提高测量分辨率的信号处理优化方案, 该方案可以提高测距分辨率, 且可以降低对激光器的性能要求; 提出了可实现高速测量的简易测量方法. 设计加工了双光路光纤调频连续波激光测距系统, 利用该系统进行了测距分辨率及测距误差标定实验, 实验结果表明: 优化方案可以有效地提高测量分辨率和测量效率, 在26 m测量范围内, 测距分辨率达到了50 μm, 测距误差不超过100 μm; 快速测量方案有较高实用价值.     

The analysis of misalignment errors of optical masks for wavefront coded passive-ranging systems

A typical wavefront coding passive-ranging system and its alignment error coordinate is introduced. Based on this, we have analyzed off-axis error, tilt error of x–y plane and tilt error of y–z plane for the plane of mask. The results show the off-axis error of mask does not affect the magnitude transfer function (MTF) of optical–digital system and the light spots will has a plane shift. The tilt error of x–y plane makes us realize that the coordinate must be selected on the basis of the optical mask plane in wavefront coded passive-ranging system. The tilt angle in y–z plane brings errors to the final ranging result. Therefore, the passive ranging system requires higher assembly accuracy between modulating plane and optical system plane. We noted that it bring errors to the final ranging result with wide field of view condition on the passive ranging system.     

基于飞秒光学频率梳的大尺寸精密测距综述

飞秒光学频率梳的出现对时间频率技术和光谱学技术产生了深远重大的影响,由此衍生的飞秒光学频率梳绝对测距技术以其快速、大尺寸、高精度等优点已成为国际研究热点,并有望直接应用于大装备制造、激光雷达和卫星编队飞行等大尺寸精密测距。在简要阐述飞秒光学频率梳的原理特性及主要应用的基础上,围绕光梳测距的发展历程及前沿方向,着重介绍了飞秒光梳精密测距近两年来的最新研究进展,并对该技术进行了总结和展望。