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。     

固体沿光轴方向的极缓慢速度和微小位移的激光多普勒测量

为了实现目标极缓慢速度和微小位移的实时、准确监测,消除各种干扰对微弱多普勒信号的影响,设计了一套激光多普勒测速(LDV)系统。该系统采用迈克尔逊干涉光路和调幅解调、相敏检测技术,具有较强的抗干扰能力。实验结果表明,该系统可实现固体目标沿光轴方向μm/s级速度和μm级位移的实时、准确测量。该系统光路结构简单,对目标的表面状况无特殊要求,可用于滑坡、地陷等地质灾害的监测,及桥梁、大坝等工程结构变形状况的检测,该方案对相关科学实验和工件精密测量也有重要意义。     

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。     

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。     

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%.     

激光多普勒自主测速仪天线安装误差对测速精度的影响

为了减小激光多普勒自主测速仪天线安装误差引起的测速误差,以多普勒频移原理为基础,通过旋转矩阵的复合变换推导出测速误差与安装误差间的函数关系,分析了三个安装误差角对三维测速精度的影响,并对旋转矩阵采用Bursa模型线性化后在整体最小二乘准则下给出安装误差角的最优估计,从而实现测速误差的补偿。仿真结果表明：测速误差随速度的增大而增大,影响纵向、横向测速精度的主要因素是偏航角,影响垂向测速精度的主要因素是纵倾角,补偿后三维测速误差显著减小。     

激光多普勒自主测速仪天线安装误差对测速精度的影响

为了减小激光多普勒自主测速仪天线安装误差引起的测速误差,以多普勒频移原理为基础,通过旋转矩阵的复合变换推导出测速误差与安装误差间的函数关系,分析了三个安装误差角对三维测速精度的影响,并对旋转矩阵采用Bursa模型线性化后在整体最小二乘准则下给出安装误差角的最优估计,从而实现测速误差的补偿。仿真结果表明:测速误差随速度的增大而增大,影响纵向、横向测速精度的主要因素是偏航角,影响垂向测速精度的主要因素是纵倾角,补偿后三维测速误差显著减小。     

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。     

Research on heterodyne efficiency of laser Doppler velocimeter

Heterodyne efficiency is a very important factor in a laser Doppler velocimeter (LDV). Gaussian-Airy mode is put forward to analyze the heterodyne efficiency. And the calculate formulas and results of simulation of heterodyne efficiency are given. The results of numerical analysis show that heterodyne efficiency of LDV depends on the parameters—x₀, A, θ and x_a. Heterodyne efficiency can reach 81.45%, when x₀ = 3.59, A = 5.04 and θ = x_a = 0. At last, the antenna theorem of LDV is derived, and a defocused telescope system is used to adjust the waist's position and radius of the reference beam to match the signal beam.     

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.     

基于FPGA的激光测速仪信号处理方案设计与实现

为满足高动态环境下的激光多普勒测速仪信号处理需要,提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的激光测速仪信号处理方案。在FPGA内部完成全部信号处理的内容,利用快速傅里叶变换（FFT）算法得到信号的频谱,利用能量重心法对离散频谱进行校正,开发采样频率自适应算法,兼顾测量准确度与测量范围的要求,最后将结果通过通用串行总线上传个人计算机显示。程序采用流水线方式设计,提高信号处理速度。经过实验验证,数据更新率达到2.4~24 kHz, 数据延迟时间为123~1230 s,测量准确度优于810-4,测量稳定度优于2.510-7。     

Demonstration of two-point velocity measurement using diffraction grating elements for integrated multi-point differential laser Doppler velocimeter

We have proposed a configuration of an integrated multi-point differential laser Doppler velocimeter (LDV) using arrayed waveguide gratings (AWGs) as grating elements. This paper demonstrates two-point velocity measurement using the proposed configuration with diffraction grating elements. An experiment was conducted using a free-space optical setup with bulk diffraction gratings instead of AWGs. The experimental results indicate that velocities at different positions can be measured using the proposed configuration. The measured separation of the two measurement positions was about 20.5 mm, about 11% of the working distance.     

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%。