多普勒频移和干涉谱联合的水声目标运动参数估计

常见水中运动目标会辐射连续谱噪声和线谱噪声,连续谱噪声在浅海波导环境中形成明暗相间的干涉条纹。根据干涉条纹可以得到目标最近距离与速度的比值,无法直接解出两个参数值。针对利用干涉条纹无法分别估计最近距离与速度问题,提出一种多普勒频移、干涉条纹结合的运动参数估计方法。根据单条线谱多普勒频移得到最近距离与速度参数耦合曲线,再将该曲线与干涉条纹得到参数比值线相交,交点即为两参数估计结果。数值仿真估计声源运动速度、最近距离,在信噪比6 dB条件下,平均估计误差分别为0.71%与0.87%。将该方法应用在2021年6月大公岛海域海试数据,5组实验数据估计目标运动速度、最近距离平均误差分别为2.5%,4.4%,证明了方法的有效性。     

激光多普勒测量中信号的误差分析

激光多普勒测量技术在流体以及固体表面测量中得到了广泛的运用。由于影响测量的误差源较多 ,因而在实际的测量过程中 ,激光多普勒测量的精度并不是非常的高。影响测量精度的误差主要是激光多普勒频率增宽 ,高斯光束的干涉以及安装误差。通过控制不同的系统参数 ,可以消除或减小相应的误差     

计算机模拟分立双谱线光源的杨氏双缝干涉

对分立双谱线光源的杨氏双缝干涉进行模拟,求解出不同线型和线宽时干涉条纹的可见度曲线、光强分布曲线和干涉图样,用直观的计算机图形说明了分立双谱线的线型和线宽对干涉条纹的影响．     

一种膛内多普勒测速修正方法

针对复杂电磁环境下膛内测速的重复性和精度低的问题,提出了一种非接触式膛内高精度测速方法,该方法在对膛内多普勒信号进行提取并去噪的基础上,利用S变换时频分析对预处理后的信号进行处理,然后采用谱峰搜索的方法来获得信号的瞬时频率,用能量重心校正法来提高结果精确度,最后根据多普勒原理,完成速度的测量;实验部分采用模拟信号和实际信号两种方式来验证该方法的可实施性;结果表明,该方法测速精度能够达到0.043 2%,相对于极值法和STFT法具有更小的误差。     

基于分段边缘拟合的测风多普勒差分干涉仪成像热漂移监测方法

多普勒差分干涉仪是近年来发展起来的一种适用于中高层大气风场星载测量的干涉仪,它依靠对干涉图相位的精确反演计算气辉谱线的多普勒频移得到大气风速.环境温度的变化导致干涉仪光机组件发生热变形,造成成像面在干涉方向上的热漂移,改变相位的像元分布,直接引入相位误差从而影响风速反演.为了减小这种成像热漂移对多普勒差分干涉仪相位反演的影响,本文用分段拟合的方法检测光栅的标尺刻槽在干涉图中成像图案的边缘,定位刻槽图案的亚像元位置并依此监测成像热漂移.在近红外多普勒差分干涉仪样机的热稳定实验中,像面热漂移检测结果与环境温度在高频振荡变化趋势上表现出较高一致性,二者相关系数经去基线后可达0.86,而干涉图相位漂移经成像热漂移校正后其高频振荡也得到大幅抑制,证明了该算法的有效性.为了进一步验证该算法精度,计算了数据信噪比以及拟合所用各项数据分布特征参数误差对边缘检测的影响,结果表明,边缘检测精度主要受数据信噪比和条纹频率参数准确性的制约,当拟合用条纹频率参数误差小于0.5%而其他数据分布特征参数误差在1%以内,数据信噪比在约35倍以上时,本文算法可以实现高于0.05像元的检测精度.     

光子多普勒速度测量系统的数据处理方法

光子多普勒速度测量（Photonic Doppler Velocimetry,PDV）系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动的测量。数据处理是PDV测速技术重要的组成部分,旨在从含有大量噪声的测量数据中获得靶面等运动体的速度信息。在分析PDV系统测速原理的基础上,讨论了激光冲击强化实验PDV数据中噪声的来源和特点,解释了条纹法的去噪原理,并针对小波变换的去噪问题,提出了一些新的处理方法。分别采用条纹法,短时傅里叶变换和小波变换法对激光冲击强化实验中的PDV数据进行了处理,从误差、处理的实时性和通用性等角度对三种方法进行了比较,并说明了小波变换法特别适合激光冲击强化实验PDV测速数据的处理。     

激光多普勒测速中散射粒子的大小对信噪比的影响

采用双光束干涉条纹模型,用光散射理论分析了激光多普勒测速中球形散射粒子的大小对散射光信噪比的影响。用数值解法求得了信噪比随散射粒子半径变化的曲线。仅从穿过测控区时光信号的信噪比这一方面考虑,结论是:粒子半径的取值不应大于干涉条纹宽度的0.35倍。     

扫描式法布里-珀罗干涉仪测量高空大气风速

为测量中低纬度地区250km高空大气风速，采用扫描式法布里 珀罗干涉仪记录250km高度附近的OI630nm气辉辐射谱线的干涉图像。通过对观测图像分析处理，用高斯函数匹配干涉条纹强度分布以确定干涉条纹强度中心的精确位置，进而求出谱线的多普勒频移，反演出经向和纬向风速。经过理论推导，求出F P腔间距的漂移量对风速的影响，对反演风速进行修正。由风速随时间变化曲线得到在观测期间，经向风朝南，大小在4～67m/s间变化；纬向风朝东，大小在20～100m/s间变化，最小风速误差约为6m/s。     

实时彩色编码微分干涉

在光栅谱衍射干涉法的基础上,本文提出用色散效应产生的相位体微分干涉条纹,进行实时假彩色编码的原理.编码色与相位梯度间具有直接对应的周期性变化关系.分析了编码色为单谱线纯色,高纯度混色和艳色的条件,讨论了光栅参数的选择.首先实现了微分干涉条纹的真正彩色化.     

基于不同散射机制特征的海杂波时变多普勒谱模型

海杂波的多普勒谱建模对采用多普勒处理技术的雷达进行有效的海杂波抑制和目标检测具有重要的意义.本文分别考虑Bragg,白冠和破碎波三种散射机制对应的多普勒谱分量的特征,对三种谱分量的频移和展宽进行分离,并引入附加速度频移量,提出了基于不同散射机制特征的雷达海杂波时变多普勒谱模型.该模型假设谱强度为受观测时间区间影响的随机变量,能够同时适用于平均多普勒谱与短时多普勒谱建模.通过分别对黄海海域实测的岸基P,S波段海杂波平均多普勒谱与短时多普勒谱建模测试,结果表明该模型相对传统模型的建模精度更高,尤其体现在短时谱的观测时间较长和平均谱形式较为复杂的情况下,建模误差显著减小.     

Doppler radial velocity detection based on Doppler asymmetric spatial heterodyne spectroscopy technique for absorption lines

Doppler asymmetric spatial heterodyne spectroscopy(DASH) technique has developed rapidly in passive Dopplershift measurements of atmospheric emission lines over the last decade.With the advantages of high phase shift sensitivity,compact,and rugged structure,DASH is proposed to be used for celestial autonomous navigation based on Doppler radial velocity measurement in this work.Unlike atmospheric emission lines,almost all targeted lines in the research field of deep-space exploration are the absorption lines of stars,so a mathematical model for the Doppler-shift measurements of absorption lines with a DASH interferometer is established.According to the analysis of the components of the interferogram received by the detector array,we find that the interferogram generated only by absorption lines in a passband can be extracted and processed by a method similar to the approach to studying the emission lines.In the end,numerical simulation experiments of Doppler-shift measurements of absorption lines are carried out.The simulation results show that the relative errors of the retrieved speeds are less than 0.7% under ideal conditions,proving the feasibility of measuring Doppler shifts of absorption lines by DASH instruments.     

空间外差光谱仪干涉图数据处理

空间外差光谱技术是一种新型的超分辨光谱技术。介绍了空间外差光谱仪的基本原理,并针对其特点提出了干涉图数据处理的方法。首先通过一阶差分对干涉图进行去基线处理,然后使用三角函数作为切趾函数对干涉图进行切趾,并对傅里叶变换光谱进行相位校正,最后采用已知双线光源对空间外差光谱仪原理试验装置进行波长定标。文章以Na双线与Hg谱线进行波长定标,得到了波长定标曲线。通过以上的方法对空间外差光谱仪干涉图数据进行处理,能有效地提高干涉图反演光谱的精度。     

外差式偏振干涉成像光谱技术研究

提出了一种新型的基于Savart偏光镜的外差式偏振干涉成像光谱技术,该技术在偏振干涉成像光谱仪中引入一对平行偏振光栅对,使其得到的干涉图频率与波数相关,具有了波数外差的特点,降低了干涉图频率,从而可利用较少的采样点数实现很高的光谱分辨率.对外差式偏振干涉成像光谱技术的基本原理进行了研究,详细分析了系统光程差、干涉图表达式、光谱分辨率以及光谱复原方法等.最后给出了外差式偏振干涉成像光谱仪的设计实例并进行了计算机仿真模拟,所复原的光谱与输入光谱曲线相符合,验证了方案的正确性.外差式偏振干涉成像光谱仪具有结构紧凑、光通量高、稳定性强、光谱分辨率高的特点,尤其适合超小型高稳定性、高探测灵敏度的高光谱探测应用.     

非对称空间外差光谱仪自适应频率跟踪处理方法

非对称空间外差光谱技术是一种新型的超高分辨率遥感探测技术,要求后期的数据处理技术也具有相应的超高准确度.从数字信号处理的角度,提出了一种自适应的频率跟踪处理方法,根据信号的空间频率来插值补偿信号的相位偏移,并且递归迭代出最接近真实值的相位信息.经仿真实验对比验证表明,在噪声干扰强度不大的条件下,相较于传统傅里叶变换方法,本文算法对信号频率和相位提取的准确度提高了约100倍以上,能够有效降低非对称空间外差光谱技术的系统误差.     

空间外差光谱仪系统级平场校正方法研究

空间外差光谱仪单独进行面阵探测器校正无法满足系统级响应非一致性校正需求,传统均匀光源照射和列平场等方法对空间外差光谱仪并不适用。首先简要阐述了空间外差光谱仪传统挡光臂平场方法原理,指出传统挡光臂平场方法存在测量单臂数据在光栅胶合后与实际干涉数据不匹配的问题,不匹配形式包括像元级、亚像元级平移和旋转。针对实验室现有实验装置分析了平场系数配准精度的影响,通过分析单臂数据不同偏移量与光谱偏差之间的定量关系,得出本实验装置平场系数的配准精度需要优于0.1像元。根据配准需求,采用对数—极坐标变换求出旋转角度和相位相关方法进行像元级平移量计算,通过基于矩阵乘法的DFT实现亚像元级平移量的估算。最后总结了系统级平场方法的流程,利用实验室装置对空间外差光谱仪系统级平场方法进行了验证,通过对光栅位置的微量调整模拟实际胶合后干涉仪整体状态,对模拟胶合后数据采用平场校正流程与单臂数据完全匹配下校正后的光谱对比显示,二者之间光谱平均偏差为0.6%,与不校正时4.1%的光谱偏差相比,校正后光谱复原精度大大提高,为后续进一步数据处理奠定基础。     

Mach-Zehnder干涉仪条纹成像多普勒激光雷达风速反演及视场展宽技术

相对于传统多普勒鉴频器Fabry-Perot干涉仪, Mach-Zehnder干涉仪(MZI)具有透过率高、直线条纹易于探测、可进行视场展宽等优点. 本文设计了基于条纹成像MZI的非相干多普勒测风激光雷达系统, 构建了风速反演的数学模型, 利用MZI视场展宽技术优化了激光雷达系统的性能. 数值仿真实现了MZI鉴频系统干涉条纹图样的理想输出, 采用SineSqr函数拟合法获取了高精度的多普勒频移前后干涉条纹的移动距离, 并通过视场补偿减小了入射角对MZI光程差的影响, 从而实现视场展宽. 结果表明: 采用SineSqr函数拟合法可获得在±100 m·s^-1的径向风速范围内<0.45 m·s^-1的风速误差, 克服了条纹重心法反演风速不稳定性的缺点; 视场展宽技术在不降低鉴频性能的情况下, 能最大补偿1°的视场角. MZI条纹成像多普勒激光雷达应用技术的探讨将为中高层大气风速激光雷达测量系统的实际开发奠定良好的基础. 关键词： 激光雷达 条纹成像Mach-Zehnder干涉仪 风速反演 视场补偿     

多普勒展宽和多普勒频移在光谱分析中的应用

分析了多普勒展宽和多普勒频移区别，讨论了高斯拟合和弦积分线形分布的差异。利用多道光学分析仪（OSMA）测量HT-6M托卡马克限制器前Hα线形分布，通过高斯拟合由多普勒展宽和多普勒频移分别得出等离子温度和粒子入射速度。     

基于激光多普勒技术扭振测量的研究

提出一种基于激光多普勒技术和光学外差原理对高速回转机械进行扭振测量的新方法,分析了工作原理,推导出光路部分的数学模型,并通过实验分别验证了测量方法的可行性和准确性。高相干激光投射到转轴同一个截面上2点,反射光的多普勒频移正比于转轴转速,通过光学配置,使前后两个时刻的多普勒频移光信号在光探测器上发生光学混频,光电流拍差正比于转轴在两个时刻的速度差,控制两个时刻时间差很小,直接得到角加速度。与其他激光多普勒扭振测量方法相比,该方法直接测量转动角加速度,在保证测量精度的前提下,提高了扭转振动测量的实时性,极大地扩展了扭振测量的动态范围,对大型回转机械运行状态监测和故障诊断具有重要意义。     

单边干涉图的数据处理方法研究

干涉成像光谱仪干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样和双边采样,单边采样干涉图往往保留零光程差附近的部分“短双边”采样数据以利于数据处理.本文对空间调制干涉成像光谱仪不同干涉图采样方式下的光谱复原方法进行了研究,讨论了空间调制干涉成像光谱仪单边干涉图的切趾与相位修正,提出了更为合理和准确的方法.研究发现,合理设置短双边数据在减小仪器的原始数据量的同时,能够保证复原光谱的准确度.     

Chirp heterodyne laser Doppler velocimeter using a powerful fibre-coupled green laser

The chirp heterodyne technique allows a directional discrimination of laser Doppler velocity measurements without the use of additional frequency shift elements. This paper presents, for the first time, the use of a chirp frequency-modulated solid-state laser, emitting in the green spectral range. Experimental results of a fluid flow measurement verify the function of the realised chirp heterodyne laser Doppler velocimeter.