后向散射式路道能见度激光测量仪的研究

后向散射式跑道能见度激光测量仪主要由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。其中,光学发射与接收系统主要包括：Ｎｄ ：ＹＡＧ 激光器、倍频器、准直镜、扩束镜、光学接收镜头、截止滤光片、窄带干涉滤光片及光电转换系统等;信号放大与处理系统主要包括：小信号放大电路、延时电路、采样保持电路、多路模拟开关、模 数转换电路及８０３１ 单片机等;显示系统主要由数字显示器、打印机及接口电路等组成。介绍了该测量仪的工作原理、基本结构和主要技术指标,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法。     

小型米散射激光雷达的研制及其探测

介绍了一台自行研制的用于大气气溶胶光学特性和水平能见度测量的小型米散射激光雷达系统,并进行了一系列观测实验和分析.系统选用532nm波长激光作为光源,采用Fernald反演算法对接收到的大气回波信号进行反演得到气溶胶消光系数.通过对西安城区上空的气溶胶光学特性进行连续观测,测得了西安城区不同时刻消光系数的高度分布廓线、以及24小时内大气边界层高度的时空变化特性,并对大气水平能见度进行了连续观测,其结果与当地气象部门提供的水平能见度数据的变化趋势基本一致.观测结果表明,利用该米散射激光雷达可以对大气气溶胶光学特性和水平能见度进行有效测量.     

光路准直对长基线透射式能见度仪测量的影响

基于长基线透射式能见度仪分析了影响透射仪收发两端探测光路准直的因素。从透射仪的测量原理出发,阐述了探测光路准直通过影响接收端接收光强进而影响透射仪探测精度的机制。仿真研究了透射仪收发两端探测光路准直出现偏差对接收端接收光强的影响。研究结果表明,在一定大气能见度条件下,透射仪的测量误差与接收端接收光强的测量误差成线性关系。透射仪收发两端的对准状态对透射仪接收端接收光强具有重要影响,发射端姿态角每变化0.01,接收端接收光功率变化0.02 mW,发射端姿态角变化会明显降低透射仪接收端接收光强,增大接收端接收光强的测量误差,对能见度的测量精度影响较大。     

透射式能见度仪LED光源表面特征对能见度测量的影响

从透射仪的光学测量系统出发,理论分析了光学测量系统光源对透射仪探测光束远场光斑特性的影响。结合LED光源的发光原理,研究了LED光源的表面特征,分析了LED光源表面特征与透射仪能见度测量的关系。通过仿真实验证实了光源表面特征对透射仪探测光束准直和能见度测量稳定性产生影响。研究结果表明,LED光源表面特征会影响探测光束远场光斑能量分布,在50 m基线下,使得透射仪探测光束准直中心发生位置偏移25 mm,接收光强最大变化20%,从而影响透射仪发射端对准和能见度测量。通过加扩散片和光阑限制可以明显改善远场光斑特性,远场光斑中心能量分布趋于均匀,在中心区域内接收光强变化在1%以内。     

结合主动时间反转算法的短基线定位研究

短基线声学定位技术是水下运动目标定位的重要研究内容。为了解决定位系统工作于浅水或近岸时多途扩展严重造成的时延估计误差和系统工作不稳定的问题,本文提出一种结合时间反转算法的短基线宽带应答定位技术,该方法利用短基线阵元发射宽带信号,通过应答器接收该信号时间反转处理后再返回给短基线阵元位置,实现信道多途的自适应聚焦,进而提高时延估计精度及信号检测的鲁棒性。仿真研究和湖上试验表明,该方法能够充分利用信道多途信息实现聚焦,减少信道多途对定位信号时延估计的影响,具有较强的抗噪声和多途干扰的能力。相对传统定位方法,该方法可以抑制短基线定位过程中误差及野点的产生,改善了物体定位导航的精度。      

封装西林药瓶残留氧气检测中的谐波基线校正和去噪方法

可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)技术的成熟和快速非接触气体浓度测量的优点,十分适合用于对封装西林药瓶内残留氧气进行浓度检测。采用TDLAS技术对封装西林药瓶内残留氧气进行浓度检测,检测系统的光路经过空气和玻璃药瓶,玻璃瓶壁对激光的散射和衰减是检测系统的主要干扰,给二次谐波信号的稳定性带来了很大影响。设计和搭建了基于TDLAS的封装西林药瓶残氧量检测系统。针对从系统中提取出的二次谐波信号,提出了一种基于小波变换的基线消除和噪声滤除方法, 解决在残留氧气浓度检测过程中基线漂移和噪声干扰问题,克服玻璃瓶壁对二次谐波信号的干扰,效果明显。选用“sym6”小波,将实验测得的信号进行五层小波分解,根据每一层小波分解得到的低频分量求出相应的基线斜率,对五个基线斜率进行加权平均得到原始信号的基线斜率。由求得的基线斜率,对原始信号经过去基线处理,再进行小波分解和软阈值处理后得到重构信号。对氧气浓度为21%的西林瓶的测量结果表明,处理后谐波信号和理论信号之间的相对误差由处理前的1.26%下降到了0.12%,证明了此方法可以很好地解决在残留氧气浓度检测过程中基线漂移和噪声干扰问题,克服玻璃瓶壁对二次谐波信号的干扰,为氧气浓度测量提供很高质量的信号。     

高温物体比辐射率及温度测量系统

本文介绍了一种利用激光作为光源,利用遮蔽板作为标准噪声辐射源,并以８０３１ 单片机为核心实现测量静止及慢速运动的高温物体的比辐射率及温度系统。该系统主要由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。文中还详细介绍了该系统的工作原理与基本结构,讨论了其中的技术难点及其相应的解决方法,分析了各量的测量精度对比辐射率及温度测量精度的影响     

一种基线长度改变的能见度测量和评价方法

针对能见度真值难以确定和能见度仪测量结果难以评价的问题,提出了一种基线长度改变的能见度测量和评价的方法,并采用整体最小二乘拟合方法来降低基线长度的定位误差和透射率测量误差对消光系数的影响,提高了消光系数的测量精度。为验证方法的有效性和评价该方法在不同能见度条件下的测量性能,设计了移动测试平台,在大气模拟舱模拟了一次能见度由高到低持续变化的过程,采用多点多次测量的方式测量了环境的消光系数及能见度。实验结果表明该方法在不同能见度条件下,均有较高的测量稳定性和一致性。确定系数随能见度的降低而增大,能见度大于3000 m时,确定系数也达到0.9以上,低能见度时可以达到0.99。各种能见度条件下,单位权方差在10-4~10-2之间,表明该方法测量的离散性很小,测量精度高,可作为能见度仪校正和标定的参考。     

激光羽烟透过率测试技术研究

为了准确评估固体推进剂的性能,研制了红外激光羽烟透过率测量系统。系统采用透射的方法:在发射端对激光信号采用内调制,由光学系统送入接收端,并将接收到的信号进行光电转换、信号处理和A/D转换后送入计算进行数据的处理和显示。现场测试结果表明该系统的精度、响应速度和稳定度达到设计要求。     

一种改进的夜间数字能见度测量方法

为降低背景光噪声对数字摄像法夜间能见度测量的不确定性影响,对双光源法能见度测量系统进行改进。该系统利用避光筒限制CCD相机视场角,拍摄2个位于不同距离的LED背光源,然后对摄取到的图像进行处理得到光源图像的灰度值,再根据阿拉德定律求得大气消光系数,计算出大气能见度值。通过在无背景光、有背景光未加避光筒和加避光筒3种条件下的比对实验,分析光源图像的灰度信息,并将实验结果进行处理,得出有避光筒和无避光筒时测得的能见度值与无背景光下测量结果的相关系数分别是0.911 3和0.322 7,均方根相对偏差分别是6.87% 和23.38%。结果表明:系统抑制背景光噪声的能力明显增强,能较准确地测量夜间能见度。     

基于FPGA的多通道超声波测距系统设计

超声波测距是一种非接触式连续测量方法,具有电路简单、测量精度高等优点。传统的测距系统多采用单片机实现,无法满足现代测距实时性、立体化、多向性的要求;因此设计了一种基于FPGA的多通道超声波测距系统,所有通道同时进行检测与处理,系统具有较高的扩展性。硬件部分采用US_100超声波传感器实现了超声信号的发射与接收,采用京微雅格C192芯片对回波信号进行检测和处理,实现了从2厘米到4米的距离的精确测量,测量结果送入LCD12864进行显示。软件设计采用Verilog HDL语言在Primace编辑环境下进行开发,在Modelsim软件下进行仿真,并通过HR3开发板验证了全部设计功能。测试结果表明：该测距系统运行稳定可靠,测量精度高。     

实时主动声定位系统设计*

针对在军事演习或爆炸实验中对冲击波超压传感器位置的精确定位,设计了一种实时主动声定位系统。该系统由声信号发射系统、声信号接收处理系统和无线监控终端系统三部分组成。声信号发射系统与无线监控终端以单片机STC12C5A60S2作为核心控制器,接收处理系统以ARM9系列的S3C2440作为核心控制器。发射系统发射四种已知频率的声信号,接收处理系统接收并处理收到的四种声信号,然后把处理结果反馈到无线监控终端。通过实验表明,该系统在一定条件下,能够稳定地发射、接收并处理声信号,达到实时定位目标,并在200 m范围内将定位误差控制在厘米级内。     

一种用于光线性采样的载波相位估计算法

提出了一种改进的相位盲搜索算法,该算法通过两次寻找二次最小欧拉距离得到载波相位噪声的估计值.为验证该算法,搭建了一套光线性采样仿真系统,对符号率为10 Gbaud/s的16QAM光调制信号的星座图进行了测量,采样源为脉宽为500 fs、周期为10 ns的光频梳.仿真结果表明,当两个激光器线宽和小于10MHz时,经过该算法对相位噪声进行补偿后,10G-Gb/s的16QAM信号的星座图能够清晰展示.     

一种用于光线性采样的载波相位估计算法（英文）

提出了一种改进的相位盲搜索算法,该算法通过两次寻找二次最小欧拉距离得到载波相位噪声的估计值.为验证该算法,搭建了一套光线性采样仿真系统,对符号率为10 Gbaud/s的16QAM光调制信号的星座图进行了测量,采样源为脉宽为500 fs、周期为10 ns的光频梳.仿真结果表明,当两个激光器线宽和小于10MHz时,经过该算法对相位噪声进行补偿后,10G-Gb/s的16QAM信号的星座图能够清晰展示.     

无线激光通信音频传输实验

设计了无线激光通信音频传输实验系统.在发射端采用对90 MHz载波信号调频方式调制放大信号后,再对半导体激光器进行强度调制;在接收端光信号由光电探测器转换为电信号,电信号经中频放大器、变频器和鉴频器解调出原始信号,原始信号再经功率放大器放大后由示波器接收.测量了实验系统音频传输的幅频特性、动态特性和延迟特性.实验结果表明:由于采用二次调制,系统抗干扰能力强,接收灵敏.     

距离千米级双望远镜的空间碎片激光测距

以上海天文台收发分离的21cm/60cm口径卫星激光测距系统为例,利用高精度计时器、光电探测器等设备,对发射/接收系统的时延分别进行测量与标定,测量地面靶目标所得到的发射/接收系统的总时延与常规地面靶目标测量方法的测量均值相比,时延标定误差为400ps。在此基础上,利用高精度时钟系统,并在解决远距离望远镜回波信号探测距离门控制问题的条件下,实现了相距2.5km的双望远镜系统对距离大于1000km的空间碎片目标的测量,验证了远距离接收空间碎片目标激光回波信号的能力。     

水位报警器模型的设计与制作

对水位报警器进行了简化和改进.实验中我们把杠杆模型、电路模型和物联系统相结合,采用单WiFi模块来接收电路发出的信号并向移动设备发出报警信息从而达到现场和移动设备都能发出水位警报的目的.本次实验产品是可受移动设备控制的简易水位报警装置.     

用热释电探测器实现比色测温

用钽酸锂热释电探测器实现的火焰温度实时测量系统 ,主要由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。其中 ,光学接收系统主要包括光学接收镜头、调制盘、截止滤光片、窄带干涉滤光片、聚焦透镜及光电转换系统等 ;信号放大与处理系统主要包括前置放大电路、选频放大电路、采样保持电路、模数转换电路及 80 3 1单片机等 ;显示系统主要包括数字显示器、打印机及接口电路等。介绍了该系统的工作原理与基本结构 ,讨论了其中的技术难点及相应的解决方法 ,分析了各量的测量精度对温度测量精度的影响。     

基于FPGA的电磁脉冲电场测量系统

为了测量纳秒级前沿的电磁脉冲电场,研制了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的宽频带电磁脉冲电场测量系统,该系统采用单极子天线作为电场探头的接收天线,高速AD采集调理电路输出的电压信号,由FPGA接收AD采样的数据并保存至DDR2和FLASH存储器中;分析了系统的整体方案;对系统的信号调理、采集的触发方式、FPGA控制以及干扰屏蔽等关键技术进行了重点分析;通过电场探头、电磁脉冲模拟器、PTEM暗室、衰减器以及示波器进行了性能和功能验证实验;利用软件将电场探头和示波器测得的信号进行处理和对比;实验表明,所研制的电场探头可以测量前沿大于2.5ns、电场强度为0~50kV/m的脉冲电场,系统线性度好,体积小,抗干扰性能好,测量准确性高。     

基于传感器网络的广域噪声监测技术

设计了一种针对城市环境噪声的广域噪声传感器网络系统,采用微型前置放大器和数字化网络采集仪组成检测系统,完成噪声信号的接收和采集,并通过软件设计完成采集的噪声信号存储、分析、显示及处理,实现了对噪声分布的图像化展示。