自适应滤波技术在激光多普勒测速仪中的应用

激光多普勒测速仪检测系统提取的光电信号中存在较大的噪声信号。为了消除这些噪声干扰, 提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出一种新的信号处理方法,将最小均方差自适应滤波技术应用于激光多普勒测量中,利用多普勒信号和噪声信号的统计特性,以最小均方误差估计为准则,最大程度地滤除噪声信号。阐述了最小均方差自适应滤波算法的基本原理,在MATLAB平台上将其应用于理想正弦信号进行仿真,并将其应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验均表明,该技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰,大大提高多普勒信号的信噪比和测量精度,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

公路超速检测激光测速仪研究（英文）

为了减少公路违章超速现象的发生,使交通安全监测体制更完善,设计并研制了一种可远距离工作的便携式激光多普勒测速系统.阐述了激光多普勒测速的基本原理和光束变换的实现方法,并利用双透镜类望远系统的结构搭建了用于公路超速检测的激光测速仪.理论分析与路边测试试验表明:该激光多普勒测速系统具有长工作距离和大景深的特点,并且可以较高精度获得车辆的行进速度.相比于传统激光测速仪,便携式激光多普勒测速系统提升了中心工作距离并增大了景深.新激光测速仪的中心工作距离为10m,景深为±1m,测速精度可以达到0.1%.     

Janus配置的激光多普勒测速仪的陆用组合导航（英文）

为了抑制车辆颠簸、倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响,设计了基于Janus配置的分光再利用结构激光多普勒测速仪,该测速仪由两个激光多普勒测速仪子系统镜像安装而成,可补偿倾角变化对速度测量的影响,因此对倾角变化不敏感.车载实验结果表明该测速仪的测速相对误差为0.3%,在55.6km的行程中组合导航的最大位置误差为5.8m.该结构激光多普勒测速仪能够抑制车辆颠簸、倾角变化对速度测量的影响,提高组合导航定位精度,更适合陆用组合导航.     

基于新陈代谢双时序模型的激光多普勒测速仪漂移数据滤波

为了有效抑制激光多普勒测速仪输出数据的随机漂移,提高其测量精度,在传统时序模型的基础上采用新陈代谢双时序模型进行激光多普勒测速仪漂移数据滤波.该模型由两级新陈代谢时序模型级联而成,每一级新陈代谢时序模型均依次对13个数据点时序建模.依据此模型分别对激光多普勒测速仪静态及动态漂移数据进行建模和滤波.利用方差分析法及Allan方差法对滤波前后的测速仪静态漂移数据进行分析并利用频谱分析法对比了滤波前后的测速仪动态漂移数据.结果表明:新陈代谢双时序模型将静态漂移数据标准差减小为原始数据的44%,将角度随机游走降为原始数据的41%;该方法不仅能实时降低激光多普勒测速仪的静态随机漂移误差,而且能够实时有效抑制其动态输出噪声.     

基于TMS320VC5402的激光多普勒测速系统

介绍了激光多普勒测量技术的原理和差动后向散射测量方式以及数字信号处理式激光多普勒测速仪的设计方案.其中包括基于TMS320VC5402的多普勒信号采集卡硬件电路和软件设计.运用该测速仪对固体表面运动速度进行测量.对采集到的多普勒信号进行高通滤波处理,以提高信噪比,运用傅里叶变换处理数据,计算出运动目标的速度并与实际速度进行了比较.结果表明该系统用于固体表面速度的测量切实可行,精度可达到2%.     

频移分离型三维激光多普勒测速仪研究

研究一种采用频移分离方法的新型三维激光多普勒测速仪（３ＤＬＤＶ）。该仪器以单色Ｈｅ－Ｎｅ激光器和单只光电探测器并配合简单的光学发射和接收系统即实现了三维速度分量的同时测量。三个分量的速度信号由声光调制器引入的三种光学频移区分，通过电子滤波器完成信号的相互分离。在光学发射系统设计中采用独特的单轴四光束结构，通过光束组合形成三双光束差动模式的激光多普勒测速仪光。本文中还给出了该仪器的系统设计参数并分析     

频谱分析型激光多普勒测速仪信号处理技术

为了提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波,再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法,并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明:跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上,实时跟踪多普勒信号的频率,信噪比明显提高,所得结果与多普勒频率的真实值相一致;频谱细化技术大大提高了频谱分辨力,频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。     

参考光束型激光多普勒测速仪的误差分析

阐述了参考光束型激光多普勒测速仪的基本原理,从理论上分析了原理公式近似、高斯光束干涉、激光线宽、探测器孔径、有限渡越时间、信号处理算法、空气折射率变化及角度测量等诸多因素对激光多普勒测速仪测量结果造成的误差,研究并给出了每一种影响因素所引起误差的理论公式,在每一种影响因素中具体讨论了各种光学参数对测量误差的影响并对部分参数进行实验研究。理论分析和实验表明:在实验中需要选择线宽较窄的激光器及孔径较小的光电探测器,而在选择光束光斑半径和信号光中心光线的方向与粒子运动方向的夹角时,既要考虑激光的质量和多普勒信号的强度,同时也需要考虑原理公式近似、探测器孔径的尺寸、有限渡越时间及高斯光束干涉等多种因素对测量结果的影响。     

基于Labview的激光多普勒测速仪的频谱校正

在激光多普勒测速仪中,为了减小由信号处理算法带来的测量误差,提出运用频谱校正算法对多普勒信号的频谱进行校正,详细阐述了能量重心法、比值法和相位差法3种离散频谱校正算法的基本原理,运用这3种算法对理想正弦信号进行仿真,并运用比值法对信号施加不同频率和信噪比的噪音下的正弦信号和实测的多普勒信号进行仿真及实验研究。结果表明:3种算法都可以使信号的频率更接近于真实值,其中能量重心法校正精度相对较低,比值法和相位差法精度较高,尤其是比值校正算法处理速度更快,校正的精度基本不受信噪比的影响。将比值法运用于激光多普勒测速系统,与光接收计数法测量结果进行比较,结果显示:校正后比较正前激光多普勒测速仪测量相对精度提高了2～3倍。     

激光多普勒测速仪中散射光特性的研究

后向散射光特性与多普勒信号的质量密切相关。为了设计高性能的激光多普勒测速仪,运用散斑理论详细分析了激光多普勒信号的强度与散射光斑大小的关系,结合泛函理论给出了计算多普勒电流的散斑表达式,并通过实验的方法研究了回波信号的偏振特性及其强度分布。理论分析与实验结果表明,激光多普勒信号的强度与接收器件光敏面的直径成正比,与光斑的直径成反比;选用光斑较小的圆偏振激光束,并用光敏面尺寸较小的探测器在镜面反射方向上接收信号光,可以大大提高多普勒信号的信噪比,增强系统的探测能力,为提高系统的测量精度创造有利的条件。     

Review of LDA and PIV applied to the measurement of sound and acoustic streaming

A review of laser Doppler anemometry (LDA) and particle image velocimetry (PIV) with their application to the measurement of sound is presented. The fundamental principles behind LDA and PIV are discussed and extended to the application of sound measurement. Special attention is paid to analysis of LDA signals including the Hilbert transform, which enables amplitude information to be obtained about various frequency components of a signal and wavelet analysis, which allows non-stationary signals to be accurately analysed. The influence of the refractive index variations in a medium due to a sound wave on the laser beams of an LDA signal is discussed. Attention is also paid to acoustic streaming which arises due to high-intensity sound, and PIV results are presented to demonstrate the effect.     

脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器时变热效应分析

建立了激光二极管阵列(LDA)侧面泵浦棒状Nd:YAG增益介质时变热效应理论计算模型。采用有限元Ansys软件模拟分析了脉冲LDA侧面泵浦大能量固体激光器的时变热效应特性。研究结果表明,所研究的脉冲LDA侧面泵浦大能量Nd:YAG激光器热效应具有时变特性,介质横截面内中心点处的稳态温度场分布随时间呈锯齿形周期变化,锯齿形变化频率为LDA泵浦频率,脉冲LDA泵浦参数对介质稳态温度场分布有较大影响。分析和计算了介质内热梯度、应力双折射以及激光晶体端面效应等导致的晶体热透镜焦距。计算表明,介质的热焦距主要来源于介质内温度梯度引起的热透镜焦距。     

LASER DOPPLER ANEMOMETRY MEASUREMENTS OF BUBBLE RISE VELOCITY AND DEPARTURE FREQUENCY

Previous experimental investigations have employed photographic techniques to quantify the rise velocity and departure frequency of bubbles departing from a boiling surface, a method that requires a significant time investment to provide accurate time-averaged results. The current study focuses on applying laser Doppler anemometry (LDA) techniques to quantify these parameters. Initially, the LDA system is employed to measure the rise velocity and departure frequency of air bubbles in FC-72, R-113, and water. These air bubble tests verify the ability of the LDA measurement technique to quantify the bubble parameters. The LDA technique is then used to quantify the bubble parameters from a wire during isolated nucleate boiling conditions in saturated FC-72. Highly time-dependent departure frequencies (7 to 242 Hz) are measured in the isolated nucleate boiling regime. LDA signals representing departure frequencies in the fully developed nucleate boiling regime are discussed.     

200 mJ半导体端面泵浦MOPA激光器研究

采用高功率激光二极管阵列(LDA)端面泵浦Nd:YAG激光棒方式, 结合凸凹非稳腔的设计，获得20 Hz运转条件下小束散角激光输出平均能量约为83 mJ。以该激光为振荡源，同样采用LDA端面泵浦Nd:YAG激光棒的方式进行能量放大，组成LDA端面泵浦振荡-放大(MOPA)激光器，最终获得重频频率20 Hz、平均能量＞200 mJ、发散角＜2.1 mrad、能量波动＜±2.5%的脉冲激光输出。该激光器光光转换效率约为14.6%，体积为175×91×49 mm3，质量＜1 kg，激光经8倍发射天线后发散角＜0.3 mrad。     

Real-time laser Doppler and phase Doppler signal processors

The laser Doppler anemometry/phase Doppler anemometry (LDA/PDA) spectrum processor with a maximum likelihood criterion has been developed in recent years. A review of such a processor, including the algorithm, architecture structure and performance, is given in this paper. The optimization of LDA/PDA processors and the advantages of the developed computer-based system are described.     

用于铷蒸气激光泵浦的窄线宽阵列半导体激光器

在激光二极管LD泵浦铷蒸气激光器中,窄线宽半导体激光是实现铷蒸气激光高效率输出的关键技术之一。基于体布拉格光栅（VBG）外腔技术,实现了40 W功率0.14 nm线宽的780 nm激光输出。采用半导体制冷片（TEC）控制VBG温度,使得该激光器空气中波长可从779.35 nm调谐至780.10 nm,可用于铷蒸气激光的高效泵浦。     

二极管侧面泵浦声光诱导单向运转的Nd：YLF环形腔激光器

在半导体激光阵列侧面泵浦的Ｎｄ：ＹＬＦ激光器中，利用声光调制器控制激光单向运转，消除空间烧孔效应，获得单纵模输出，通过预激光调Ｑ获得脉宽为５０ｎｓ，能量为１．２ｍＪ的单纵模输出，理论分析的结果在实验上得到很好的验证。     

880nm半导体激光主动照明光纤耦合模块

为降低半导体激光主动照明红曝,选择波长880 nm大功率半导体激光器作为新型激光主动照明成像系统光源。根据光纤耦合过程光参数积不变原理,研制出波长880 nm大功率半导体激光器阵列单光纤耦合模块,利用光纤匀光作用使激光光束匀化整圆后用于激光主动照明。首次在波长880 nm大功率半导体激光器上采用阶梯反射镜光束整形方法,使激光光参数积与光纤匹配,激光高效耦合进入纤芯400μm、数值孔径0.22的光纤。室温条件下光纤耦合模块连续输出功率44.9 W,电光转化效率35%,波长880 nm大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块,不仅其红曝小而且对应CMOS图像传感器光谱响应度较高,系统成像质量好。     

Optimal fill factor for laser diode arrays applied to transversally pumped erbium laser

A relationship between the laser diode array (LDA) near field fill factor, the power of the amplified spontaneous emission fluxes developed within the LDA active layer and the operation efficiency of the ytterbium–erbium glass laser transversally pumped by the laser diode arrays has been studied taking into account the electric and optical processes in the LDA heterostructure layers. It has been found that there is a critical value of the fill factor (0.65–0.85) below of which an abrupt rise of the ytterbium–erbium laser threshold as well as the decrease of the laser operation efficiency is observed. It has been shown that the increase in the InGaAs/AlGaAs LDA fill factor leads to the increase in the LDA threshold current related with the increase of the ASE flux power. For a suppression of the ASE flux power value it has been proposed to etch the LDA heterostructure emitter layer between the stripe contacts.     

The elliptical micro-lens array in the application of the LDA beam shaping

Based on the analysis of semiconductor laser-diode array (LDA) beam characteristics, a new scheme of beam collimation and focusing is proposed. The elliptical micro-lens shaping the beam of LDA has been analyzed by theoretical and simulated by optical ray tracing. The efficiency for laser beam coupling into the optical fiber is 73.2% of the whole system.