激光测距用半导体脉冲激光测头的研究

研究了激光测距用半导体脉冲激光测头。通过对基于脉冲激光测距原理的半导体脉冲激光器的参数测量分析,研究了半导体脉冲激光的发射和接收。通过优化光学镜头组合,对半导体激光分散光束进行了平行准直。通过开发脉冲激光驱动电路、光电探测接收放大电路和半导体脉冲激光测距实验装置,研制了满足中距离激光测距要求的半导体脉冲激光测头。     

基于非线性相关源雪崩管模型的恒虚警激光测距电路仿真试验研究

依据雪崩光电二极管（APD）产品数据手册中雪崩增益、噪声（温度）与偏压的相关关系通过曲线拟合建立了APD输入、输出和偏压控制的函数模型，并基于非线性相关源控件构建了APD的电路仿真模型。设计了具有恒虚警APD偏压自动控制以及防近程散射时间增益控制的测距电路，引入自动增益控制信号，完成了恒虚警激光测距电路的全闭环动态仿真试验研究。仿真结果表明，恒虚警测距电路可根据虚警率设计值自动捕捉APD最佳雪崩增益工作偏压，虚警率每百毫秒60～70次时最小可探测光功率达到25 nW，与实际值接近，验证了恒虚警全闭环仿真模型的可行性。     

脉冲串互相关方法在远程激光测距中的应用

基于单脉冲激光测距在远程激光测距中的局限性,提出了一种基于发射脉冲串与回波脉冲串互相关的信号处理方法。该方法将多个激光发射脉冲和回波脉冲作为一次连续信号同时数字化,然后进行互相关处理。采用激光强度与发射间隔可调的激光系统来模拟不同反射强度、不同距离的测距回波信号;通过处理不同信噪比的回波信号,来探究本方法对于回波信号信噪比的提升能力以及对于尖峰噪声的抑制能力。实验结果表明,该方法能够有效提高回波信号的信噪比,信噪比为0.11的弱回波信号经过处理后信噪比被提升到5.92,从而扩展了激光测距系统的测程,有效降低了探测系统的探测虚警率,提高了远程激光测距系统的弱回波探测能力。     

提高近程运动目标实时测距性能的方法研究

为了提高机场泊位引导系统中激光测距的精度和频率,对测距方法、脉冲展宽的影响、系统接收信噪比、接收带宽、阈值设定方法等几个方面进行了研究。通过改进自触发脉冲飞行时间激光测距法,提高发射信号峰值功率,采用合适滤波器、减小接收系统带宽、设置自适应阈值等手段有效提高了测距系统对近程运动目标的测距性能。采用半实物仿真手段进行动态测距实验,结果表明,测距机的动态测量精度小于2cm,满足泊位系统测距性能的要求。     

非合作目标相位式激光测距系统的测程估计

对于中程距离的测量,从测量速度、精度和可靠性的折衷方面来讲,相位式激光测距法优于其它的测距法。给出了非合作目标相位式激光测距系统的接收光功率表达式,研究了根据信噪比确定所需的接收光功率,从而估计测程的方法。     

矩形点阵法测量激光测距机瞄准轴与接收轴一致性

针对激光测距机瞄准轴与接收轴一致性的测量，提出了一种新的方法——矩形点阵法，并通过大量的实验验证了此方法的可行性。通过对结果的计算和误差分析，确定了此方法能够使激光测距机的发射次数在50次以内，测量精度达到10″以内。为激光测距机瞄准轴与发射轴平行性的自动测量提供了一种途径。     

光电跟踪仪光轴平行性要求分析和误差分配

光电跟踪仪光轴平行性要求与跟踪瞄准精度、激光测距传感器照射激光光束发散角、激光回波接收系统探测视场有关，尤其是对于小目标，还与激光测距作用距离和探测概率有关。从光电跟踪仪激光测距原理和指标要求出发，分析照射光束能量分布特点，考虑温度、振动等环境因素和变调焦引起的光轴稳定性误差，提出了光电跟踪仪光轴平行性要求的计算方法。同时根据工程实践考虑光电传感器原位更换和现场标校的维修性，建立了光轴平行性误差分配模型，讨论了各随机误差项、各标校残余误差项的一般控制要求和估计方法，为光电跟踪仪设计分析、制造工艺、维修性改进提供参考。     

脉冲激光测距回波信号时间选通处理技术

为了降低高重频脉冲激光测距回波信号的误识别率,提高测距性能,对高重频脉冲激光测距回波信号调理技术进行深入研究。采用FPGA作为主控芯片,产生激光调制脉冲,并根据被测距离3.33 μs～33.33 μs时间选通方波信号,驱动开关芯片产生与量程关联的时间波门,有效滤除脉冲回波中的干扰脉冲,该方法改进了常规脉冲激光测距信号处理系统的自动增益控制环节。测试实验结果表明:在脉冲回波信号60 dB的动态范围内,可有效滤除回波信号中引入的干扰脉冲,极大地降低了干扰脉冲误识别造成粗大误差的可能性。该方法可推广应用于脉冲激光测距信号处理系统,使系统测距精度提高12.6%。     

某型激光测距系统可靠性预计

在试验数据有限的情况下，通过分析激光测距系统工作模式和建立系统可靠性模型解决了小批量、复杂的某型激光测距系统可靠性评价问题。根据以前相似产品的试验数据，采用相似电路法对系统可靠性进行预计。根据激光晶体、染料片、全反射镜、聚光腔等元器件的寿命，对激光器寿命进行预计，并在实际使用中得到了验证。这对系统设计和使用具有重要参考作用。     

基于虚拟仪器的图像采集处理及仪器控制

针对激光测距机三光轴平行度调校,提出了由CCD摄像机摄取激光光斑图像,然后用图像采集与处理方法计算白光十字线中心与光斑中心偏差的方法,并对选用的图像处理算法进行了论述。此外,采用可变固定衰减片方法测量激光测距机接收系统的灵敏度。以LabVIEW为软件平台,开发出检测激光光轴中心及控制衰减器的虚拟仪器系统。该系统具有直观形象,使用方便,可移植性强等优点。     

用于脉冲激光精密测距的半导体激光光源

根据脉冲测距基本方程和脉冲激光精密测距系统对精度和距离的要求,推导了半导体激光光源的设计指标。采用数字电路和模拟电路相结合的方式,利用ZTX415的开关特性设计了一款窄脉宽、大电流的半导体激光器驱动电路;采用半圆截面柱透镜组对半导体激光光束进行整形,计算了最佳的光学系统参数,取得了比较好的整形效果。     

一种基于非扫描式F-P标准具的激光告警虚警抑制方法

为了降低激光告警系统的虚警率,提出了一种基于非扫描式F-P标准具结构的光学虚警抑制方法。该方法采用相干长度作为判据,因此可大大抑制背景辐射的干扰。通过计算机仿真验证了该方案的可行性。对该方案中的关键技术F-P标准具的设计进行了详细讨论,定性分析了F-P标准具结构参数对其工作性能的影响,并通过实验优选确定设计参数。结果表明,该方案结构简单,可有效排除非相干光的干扰,光学虚警率近乎为0,漏警率小于0.25%。     

抑制太阳光引起的探测虚警研究

为了解决成像型激光探测系统外场试验常易出现的太阳光虚警问题,提出了一种通过提高图像帧频抑制太阳光虚警的方法,讨论了该方法的适用性,给出了最佳频帧的选取办法,并在外场太阳直射条件下进行了实地验证.结果表明,该方法可减小探测系统对背景的积分时间,有助于缩小太阳周围虚警杂光的成像范围,有利于抑制虚警,为成像型激光探测系统后续...     

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.     

成像激光雷达系统性能的研究

如何合理而有效地设计成像激光雷达系统 ,是进行成像激光雷达系统研究的关键 ,设计时必须充分考虑各种参数之间的相互关系 ,根据所提出的指标 ,选择激光器和探测器及其它元器件。以二极管泵浦固体Nd∶YAG激光器为光源 ,以探测的统计学为基础 ,从作用距离、探测概率、虚警概率、信噪比等方面研究了成像激光雷达系统的性能 ,探讨了成像中实际影响成像像素数的因素 ,为成像激光雷达系统的研究提供必要的理论依据。     

线阵CCD用于实时动态测量技术研究

本文研究的是在连续光条件下线阵ＣＣＤ实时动态测量技术,除了考虑ＣＣＤ像元响应非均匀性、非线性等影响因素外,还应认真考虑采样频率、测量精度、动态范围、快速电路等问题。本文还详细讨论了测量精度和动态范围问题,推导了测量精度公式与动态范围公式。为了减小测量误差和提高被测信号的频率,必须相应减小积分时间。精度公式是进行线阵ＣＣＤ电路设计的基本依据公式。动态范围与频率无关,只与结构参数有关,为了充分利用ＣＣＤ的动态范围,激光功率要可调。     

高分辨率可见光相机作用距离的估算

根据光电系统点目标探测概率、虚警概率公式,从信号和噪声的统计特性出发,推导了可见光相机对点源目标的作用距离公式.并综合考虑人眼的目标发现能力、目标的亮度对比度、观察等级和探测概率的要求,计算出面源目标的作用距离.为了便于计算,编制了相应的软件,并以高分辨率可见光相机为例,通过计算实现了对高分辨率可见光相机点源、面源目标的作用距离的估算.     

改进的QPSO算法在电网故障诊断系统中的应用

电网故障诊断系统通常基于建立的解析模型,通过分析保护和断路器的动作信息来推断可能的故障位置,从而识别保护与断路器的故障元件和误动作。本文根据保护动作原理,构建了一种改进的解析模型,并采用改进的量子粒子群算法对其目标函数进行优化求解。该模型不仅充分考虑到了保护和断路器的误动与拒动、断路器失灵保护等问题,且能辨识告警信息的误报和漏报。实验结果表明改进的算法不仅使故障诊断结果更精确,并能使故障情况很清晰的表示出来,有利于故障的及时恢复,同时使模型的运算速度和稳定性也进一步得到了提高。     

基于雪崩级联电路控制激光照明源的水下激光选通成像

基于雪崩级联原理研发了用于水下激光选通成像的MARX级联电路激光照明源。相对于普通激光驱动器,该MARX级联电路有输出脉冲窄、峰值高、上升沿短、重复频率高、成本低、体积小、质量轻等优点。采用级联电路研发的脉冲激光照明光源在实现ns量级脉冲宽度性能的基础上保持了照光源系统体积的小型化。该脉冲照明源结合激光整形及匀化光学技术进行了水下选通成像验证实验,在10 ns的脉冲宽度下,实现水下7倍衰减长度范围内的选通成像。该文涉及的电路、光学方面的改进对降低激光选通成像系统的体积、成本及实际应用具有重要意义。