光电调制反馈激光多普勒测速仪研究

本文介绍一种新型激光多普勒测速仪——光电调制反馈激光多普勒测速仪(简称OEMF-LDA)。该仪器突破了传统LDA系统构成的模式,采用变频光学频移技术和光电混合反馈技术,将光路和电路连接成闭环负反馈跟踪环路,提高了信噪比,降低了成本。文中结合实验,讨论了OEMF-LDA的静态及动态特性,并在系统的结构及性能等方面与传统LDA作了比较。     

基于激光多普勒测速仪的车载组合导航

 针对车载纯捷联惯性导航系统(SINS)导航精度随时间增长而降低的不足,提出了基于激光多普勒测速仪（LDV）这一新型速度传感器的组合导航方案。通过建立SINS/LDV组合导航系统的状态方程和量测方程,设计了系统的卡尔曼滤波器,并对组合导航系统进行了仿真模拟。结果表明：SINS/LDV组合方案能够有效减小SINS导航参数随时间的累积误差,可以实现全自主、高精度导航;当LDV测速精度为0.1%时,组合导航系统的位置精度提高了2个数量级,速度精度提高了1个数量级。     

基于激光多普勒测速仪的车载组合导航

针对车载纯捷联惯性导航系统(SINS)导航精度随时间增长而降低的不足,提出了基于激光多普勒测速仪（LDV）这一新型速度传感器的组合导航方案。通过建立SINS/LDV组合导航系统的状态方程和量测方程,设计了系统的卡尔曼滤波器,并对组合导航系统进行了仿真模拟。结果表明：SINS/LDV组合方案能够有效减小SINS导航参数随时间的累积误差,可以实现全自主、高精度导航;当LDV测速精度为0.1%时,组合导航系统的位置精度提高了2个数量级,速度精度提高了1个数量级。     

原子廓线激光多普勒测速仪

论述了用原子滤波器的透射率廓线测量激光多普勒频移的直接检测方法和理论，报道了基于这个方法的一个原理性实验。实验采用二极管泵浦的连续倍频Ｎｄ；ＹＡＧ激光器作为发射器，和一个温控的透射率翼宽为３８０ＭＨＺ的碘滤波器作为多普勒频移检测器件进行了转透速度的测量。     

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     

载体振动对差动激光多普勒测速仪的影响

 为了减小载体振动对传统差动激光多普勒测速仪(LDV)测速精度的影响,提出了Janus配置的差动LDV,并对其速度测量的相对误差进行了理论分析与数值仿真。结果表明：Janus配置技术可以近似反演出载体上下振动时的俯仰角,并对速度进行补偿;载体上下振动对传统差动LDV的测量精度有较大影响,而对Janus配置的差动LDV的影响较小;在Janus配置的差动LDV中,当存在俯仰角且大小一定时,随着载体上下起伏速度与运行速度比值增大,速度测量的相对误差增大;当载体上下起伏速度与运行速度的比值为0.01,俯仰角小于10°时,Janus配置的差动LDV的速度测量的相对误差小于0.2%。     

载体振动对差动激光多普勒测速仪的影响

为了减小载体振动对传统差动激光多普勒测速仪(LDV)测速精度的影响,提出了Janus配置的差动LDV,并对其速度测量的相对误差进行了理论分析与数值仿真。结果表明：Janus配置技术可以近似反演出载体上下振动时的俯仰角,并对速度进行补偿;载体上下振动对传统差动LDV的测量精度有较大影响,而对Janus配置的差动LDV的影响较小;在Janus配置的差动LDV中,当存在俯仰角且大小一定时,随着载体上下起伏速度与运行速度比值增大,速度测量的相对误差增大;当载体上下起伏速度与运行速度的比值为0.01,俯仰角小于10时,Janus配置的差动LDV的速度测量的相对误差小于0.2%。     

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。     

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。     

Laser Doppler velocimeter using a single longitudinal mode solid-state laser source

An experimental demonstration of using a single longitudinal mode solid-state laser source in laser Doppler velocimeter (LDV) is presented. The technology of frequency spectrum correction is used in processing Doppler signal. The results of the experiments show that: the magnitude and signal-to-noise ratio (SNR) of Doppler signal are both enhanced by the solid-state laser; the measurement accuracy of LDV is improved by the technology of frequency spectrum correction, and the variance of the measured Doppler frequency is larger than the Cramer-Rao low bound (CRLB) of Doppler frequency about one order of magnitude.     

Laser Doppler velocimeter for remote measurement of polluted water and aerosols discharges

A continuous wave Doppler velocimeter has been developed for remote estimation of the volume of polluted water and gaseous discharges using an actively stabilized ring dye laser. Doppler shifted backscattered signals induced by fluids in motion using heterodyne detection technique has been applied for measurement of Doppler shifts. Polluted water and gaseous discharge flow rates have been measured remotely for simulation purposes. The system is capable of measuring Doppler shifts as low as 0.25 MHz corresponding to 0.1 m/s velocities of the fluids.     

Frequency Bandwidth Estimation of TO Packaging Techniques for Laser Modules

Two simple methods for estimating the potential modulation bandwidth of TO packaging technique are presented. The first method is based upon the comparison of the measured frequency responses of the laser diodes and the TO laser modules, and the second is from the equivalent circuit for the test fixture, the TO header, the submount and the bonding wire. It is shown that the TO packaging techniques used in the experiments can potentially achieve a frequency bandwidth of over 10.5 GHz, and the two proposed methods give similar results.     

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。     

高空遥测激光多普勒检波系统研究

为解决远距离处人工地震波的检测问题,研究了光源的相干性,系统的稳定性．激光多普勒信号强度、信噪比,位移测量灵敏度和精度等理论及方法。采用在腔内捕人两个直径为1．8mm的可变光阑和输出光的准直结构(4倍)．增大光源的相干长度和可测距离;在两路光中分别加入声光调制器和λ/4波片．实现偏振态匹配并使系统工作更稳定,提高信噪比;采用透镜聚焦接收．增大信号强度;采用特伦逆向反射装置,消除它在位移或振动过程巾因偏摆或横移所带来的影响,使测量灵敏度和精度提高约一倍。将此系统用于2m处的振动进行原理性实验,其振幅测量相对误差为0．1％,可测频率最高为750Hz,因此可用于高空遥测人工地震波。     

Research on speckle noise of laser Doppler velocimeter for the vehicle self-contained navigation

A novel multipoint layer-type laser Doppler velocimeter (MLLDV) is designed to measure the velocity of a vehicle for the self-contained navigation system. In order to investigate the speckle's influence on the Doppler spectrum, formulas of time-lagged covariance and speckle broadening were derived for our MLLDV. Simulations and experiments are made for detailed analysis. The results show that the time-lagged covariance of photocurrent is directly proportional to the incident angle, and is inversely proportional to the elevation fluctuation of the ground together with the velocity of the vehicle. Speckle broadening is a function of the vehicle's velocity, the 1/e² Gaussian spot radius and the phase correlation length of the ground. For our MLLDV, Doppler frequency and Doppler broadening are both directly proportional to the velocity of the vehicle. Besides, the ratio between Doppler broadening and the corresponding Doppler frequency is about 0.72% when the speed of the vehicle varies from 0 to 9.6 m/s.     

角度调谐的多普勒激光雷达硬目标转速测量

利用角度调谐方法确定直接探测多普勒测风激光雷达的初始工作点,角度调节精度可达10 μrad.在此工作点处使用频率稳定性为10-7,单纵模出现概率大于98%的Nd:YAG激光器,通过偏振分光光路测得参考信号与回波信号.配合目标准确放置到准直镜的焦距上,分别测量了配合目标静止,正转和反转时的参考信号与回波信号.利用配合目标静止时测得参考信号与回波信号的关系可得参考信号的角度矫正因子为1.1949,使用该矫正因子测得硬目标在正转和反转时转速与真实转速之间的误差小于0.5 m/s.     

Research for Signal Power Spectrum Distribution in Laser Doppler Rotational Speed Measurement

ＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＳｉｇｎａｌＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒｕｍＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＬａｓｅｒＤｏｐｐｌｅｒＲｏｔａｔｉｏｎａｌＳｐｅｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＬＵＯＤｅｙｕａｎＺＨＯＵＪｉａｎＴＡＮＹｕｓｈａｎ（ＬａｓｅｒａｎｄＩｎｆｒａｒｅｄＩ...