非合作目标高精度激光甲烷遥测参数仿真分析与实验研究

针对非合作目标激光甲烷遥测系统测量误差大、精度低和抗干扰能力差等问题,基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)技术和波长调制光谱(wavelength modulation spectroscopy, WMS)技术,利用simulink软件建立一套甲烷积分浓度遥测仿真系统。采用归一化二次谐波检测技术去除环境干扰。仿真分析了正弦波频率和调制系数m对归一化二次谐波信号的影响,结果表明,m=2.2为最佳调制系数,正弦波频率的大小对归一化二次谐波信号无影响,确定了甲烷积分浓度检测的有效范围为0—2000 ppm·m,在该范围内,系统仿真的误差为-3.57%—4.06%。根据仿真结果对遥测仪进行了相关参数优化和实验研究与分析,结果表明系统测量误差为-4.68%—2.45%,采用Allan方差分析方法对系统的稳定性和检测限进行评估,该系统5 s积分时间内的检测下限为37.85 ppm·m,最佳积分时间为345 s,对应的检测下限为6.27 ppm·m。该研究结果对高精度激光甲烷遥测系统研发具有重要的意义。     

基于Simulink手持式激光甲烷遥测仪标定方法仿真分析与试验研究

围绕目前市场上手持式激光甲烷遥测仪测量误差大、测量精度低的问题,建立了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)的CH₄积分浓度遥测仿真系统,并根据仿真结果进行了手持式激光甲烷遥测仪标定试验与相关测量分析。通过CH₄积分浓度遥测仿真系统,开展了吸收峰峰值拟合标定法和吸收峰积分面积拟合标定法两种标定方法的仿真试验。通过对同一组积分浓度的两种标定方法试验数据的仿真测量和分析,结果表明积分浓度与吸收峰积分面积的线性相关性为0.999 99,高于积分浓度与吸收峰峰值的线性相关性0.999 88,同时采用吸收峰积分面积标定法的测量误差范围为-0.26%～0.86%,远小于吸收峰峰值拟合标定法的测量误差范围-1.22%～1.16%。根据仿真结果采用吸收峰积分面积拟合标定法对遥测仪进行标定试验和相关测量分析,结果表明该标定方法的平均误差为4.35%,误差范围为-2.89%～7.20%,比市场现有遥测仪的误差范围(±10%)缩小了5.65%。研究结果表明,选用吸收峰积分面积拟合标定法能够显著提高遥测仪的检测精度,缩小测量误差范围。     

基于可调谐半导体激光器的甲烷气体监测技术

介绍了一种利用分布反馈(DFB)可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)实现甲烷气体浓度监测系统。不同于直接测量气体吸收前后光源强度的变化值,TDLAS通过提取二次谐波幅值信息,在频域换算气体浓度,因此具有更高的稳定性和精确度。同时对不同输出特性的DFB半导体激光器进行对比研究,分析光源的波长调谐特性及功率-电流特性对实际应用的影响。     

基于量子级联激光的机动车尾气遥测系统设计北大核心CSCD

量子级联激光凭借其高灵敏度,高输出功率,窄线宽等特点应用于各类气体的遥感检测。本文采用波长调制光谱(WMS)技术设计了一种基于量子级联激光器的机动车尾气遥测系统。激光器的调制驱动信号由低频锯齿波和高频正弦波叠加而成,可有效抑制背景噪声,极大提高了检测灵敏度。系统以波长为632.8 nm的连续激光作为信标光,精确调节合束镜和反射镜之间的角度,保证信标光束与四台量子级联激光器发出的中红外激光光束同轴,实现光源可视化对瞄。光源穿过开放光路中尾气后的光强信号被红外探测器所采集并转换为电信号,经I/V放大后,通过锁相放大器将与被测气体浓度成正比关系的二次谐波分量提取出来,实现对一氧化氮、碳氢化合物、一氧化碳及二氧化碳四种尾气组分同时检测并避免相互干扰。经测试,系统探测信号与气体浓度表现出极强的相关性,系统动态测试的相对误差绝对值小于5%,检测光程可达16 m,至少满足三车道同时检测。     

激光遥测甲烷气体最低可探测浓度

对一种使用单一激光源遥感检测甲烷方案的最低可探测的路径-积分浓度进行了理论分析和实验研究,该方案主要采用了频率调制及谐波探测技术。通过理论计算得出了最低可探测甲烷的路径-积分浓度大约为8.7×10-8m。实验中测得该探测系统的探测灵敏度为8.43×10-6m/mV,甲烷最低可探测路径-积分浓度为4.2×10-7m。结果表明该探测系统具有较高的探测灵敏度,完全满足对矿井瓦斯的实时监测要求。     

采用VCSEL激光光源的TDLAS甲烷检测系统的研制

相比于使用DFB边发射激光器,采用VCSEL激光器作为检测光源的TDLAS激光气体检测系统,具有功耗低的优点。针对低功率下的TDLAS气体检测信号特点,结合VCSEL激光光源调制特性,自主开发了VCSEL激光器驱动模块、信号采集及处理模块,采用波长调制光谱(WMS)技术研制出了一套低功率甲烷(CH4)气体检测系统。选择了1653.7 nm附近CH4分子的吸收峰作为吸收谱线,采用锁相放大器提取二次谐波(2f)信号。实验研究了不同浓度的CH4检测的响应情况,记录2f信号的峰峰值并进行线性拟合,线性度为0.999 8。该检测系统在50~500 ppmv范围内,检测精度优于10%,检测下限为10 ppmv。对250 ppmv的CH4持续检测10 h,数值波动小于±2.4%。引入Allan偏差分析,初始积分时间为1 s时,Allan偏差为9.9 ppmv;积分时间达到359 s时,Allan偏差为0.06 ppmv,表征了系统良好的稳定度。     

遥测图像压缩系统的设计与实现

遥测系统在传输图像数据时,通常要求图像遥测单元在尽量小的空间中较多地采集和传输图像信息,以提高图像质量和试验效率,减少系统研制成本。遥测图像压缩系统通过采用大规模FPGA和专用图像压缩芯片方法,在紧凑空间内,实现了遥测图像压缩系统的全部功能,节省了传输带宽,提高了系统的整体性能体积比。该遥测图像压缩系统已应用于具体试验,试验结果证明,遥测图像系统的设计可以满足系统的使用要求。     

一种小型化靶载遥测系统

随着飞行器射程越来越大,试验的危险性就越来越大,中靶段遥测数据的获取也越来越难。针对这一问题,设计了一种小型化靶载遥测系统,介绍了系统的组成和功能,描述了系统的技术实现,对中频解调单元的设计进行了详细地阐述,根据系统遥测作用距离对系统的使用效能进行了分析。结果表明,系统可以有效地获取飞行器中靶段遥测数据,能够满足试验任务的需求。     

遥测系统数据终端的研制

在水情自动测报系统中，中心站的数据终端接收多路遥测数据，纠错译码后把数据传送给中心计算机。根据这个要求设计了高可靠的数据接收终端。     

一种靶场新型遥测发射机的研制

根据靶场遥测发射机的功能需求,给出了相应的硬件设计和软件设计。采用计算机对遥测发射机的各种参数进行最大限度的灵活、可视化设置,然后通过MCU进行参数管理和系统可靠性控制,充分体现设备的标准化、通用化。实现了使用一片FPGA集成数据缓存、组帧、PCM编码、码速率连续可变和FM调制,系统效率更高、更可靠。测试结果表明,该设计优于目前靶场遥测设备战技术指标。     

基于波长调制光谱的多参数测量方法研究

基于扫描波长调制光谱技术,开发了一种同时测量气体压强、温度和组分浓度等多个参数的传感器.详细分析了利用谱线的4f_(peak)/2f_(peak)和2f/1f信号测量气体参数的迭代算法以及传感器的设计方案.采用频分复用方案,利用7 429.72 cm~(-1)和7 454.45 cm~(-1)两条H_2O谱线对温度分布在300~1 200 K范围内的静态气室进行了实验研究.实验结果表明迭代算法具有收敛速度快和测量精度高等优点,温度、压强和H_2O组分浓度的测量值与预测值基本符合,与预测值的最大相对偏差分别在4%、6%和6%以内.     

光纤甲烷气体传感器

本文介绍了基于干涉法和光谱吸收法的光纤甲烷气体传感器系统的原理、设计和系统结构,并对它们进行了比较。采用光学测量方法,不仅能精确测量甲烷气体浓度,而且安全可靠。尤其在1．6654μm波长处,采用光谱吸收法测量甲烷气体浓度,可使传感系统的灵敏度变得更高。     

基于直接数字频率合成的可编程遥测信号源

针对传统的遥测信号源缺乏灵活可配置性、通用性差的问题,提出采用FPGA和DDS技术为核心设计灵活可配置的可编程遥测信号源。该信号源的硬件电路主要由低成本FPGA芯片和DDS芯片组成,采用Verilog语言进行编程,使FPGA控制核心输出不同的相位、频率、波形等控制字信息给DDS芯片,经DDS芯片后输出所需波形。仿真表明,该信号源能够输出频率范围在0～12.5MHz的频率、相位可调的正弦波、三角波、方波等波形信号,具有一定的通用性。     

通信电缆气压遥测系统的研制

本文介绍一种可实现全自动遥测充气电缆气压值的系统。     

星载激光器电源遥控遥测系统的设计与实现

星载激光测距通过发射机射出稳定度较高的脉冲激光实现对目标物的距离测量,其中涉及到激光器的设计与应用,尤以激光器电源功能和性能的实现最为重要。因此,实现星载激光器电源的外部控制和实时状态量的采集变得尤为重要。在基于FPGA技术基础上,利用AC/DC电源组件、遥控遥测组件和显示控制组件,设计出一种可以对激光器电源提供外时统信号、调Q信号、AD/DA控制信号,从而实现激光器电源状态量的实时遥测和LD电流信号、调Q信号的实时调节控制的系统,该系统可以设置激光重频和控制激光出射时刻,也可以实时显示激光脉冲次数和激光器电源的相关遥测量,同时对该系统涉及到的设计与实现进行了详细阐述,并对高可靠性的激光器电源遥控遥测系统性能和功能的进一步提升提出了改进方案。     

基于遥测的移动舱室内气体检测方法

各种密闭舱室在移动时内部会产生大量对人体有害的气体,使用气体传感器采集模块,采用无线遥测技术,实时采集和记录车辆在静止和行进过程中舱室内的有害气体、温湿度等状态参数和环境参数,在远处的监测站接收并处理数据,实现基于遥测的移动舱室内气体检测.通过实车搭载试验证明,该方法切实可行.该测试方法可以对各种坦克及装甲车辆的人-机-环研制与改进提供有力的数据支撑.