红外相位测距系统精度及误差分析

讨论红外相位测距系统的测距精度及误差来源，对系统的合理化设计、正确使用及系统检验是非常重要的。本文就系统几项影响较大的误差进行定性、定量分析，并提出改进措施．     

基于激光拍频高准确度相位式测距方法

介绍一种基于相位式激光测距的高动态、高准确度测距系统.系统引入光频调制技术实现激光拍频产生高频调制信号并完成信号的高速变测尺调制.在对回波信号进行鉴相时,为降低鉴相偏差采用无窗全相位谱分析并实现对测量信号的相位计算.计算表明,该方法可以有效抑制频谱泄露,减小噪声对测量结果的影响,提高鉴相准确度.实验表明该测距系统可以有效地解决相位法测距中存在的抗干扰能力差、距离模糊较难抑制等问题,调制信号频率为100 MHz、信噪比为30dB时测距准确度优于0.5mm.     

超声测距系统中的误差来源及补偿

目前有许多超宗测距系统采用单片机来控制，这些系统易于进行误差补偿．本文讨论了超声测距中几种主要的误差来源，并给出了相应的补偿方法，这些讨论可供设计超声测距系统时参考，也可用于估计和评价超声测距系统的性能．     

基于二次偏振调制的变频测距方法与系统实现

由于鉴相精度限制、电路等引入的附加相移干扰等因素,传统相位测距技术精度的提高受到了限制.采用二次偏振调制技术对相位测距技术进行了改进.利用二次偏振调制方法能够直接在相位调制器上对两次调制信号的相位差进行解调,大幅度简化了系统的复杂程度.采用变频方法替代传统的鉴相方法,从而系统的测量精度不再受鉴相问题的困扰.从理论上得到系统输出光强与调制频率成正余弦关系,并进行了实验验证.基于变频测距的实验中,系统频率的稳定度优于10-6,测量精度可以达到±10.6μm(被测距离为4.5 m).并对一段长200 m的光纤进行了实际测量,得到了清晰的调制频率与系统输出光强的曲线.     

并行高采样实现PN码捕获的井下扩频测距方法

在扩频测距技术中,伪随机(Pseudo-Noise)码捕获时间长,扩频信号需要高带宽信道,井下多径效应还会引起PN码相位延迟,因而使得扩频测距技术难以在煤矿井下应用。为了将扩频测距技术应用于井下,设计了一种并行的PN码同步精测算法,利用FPGA高速的并行处理能力,开辟L-1条相位彼此相差一个PN码片的相关通道,在各相关通道中分别对扩频码调制的数字基带信号相关运算后进行高频率采样,大幅度提高了信号处理带宽,能够在粗同步的基础上直接得到更高的时间分辨率。仿真结果表明,所提出的方法能够抑制井下严重的多径干扰,能将测距PN码所占带宽限制在50MHZ以下而测距精度达到1米以内,是适应煤矿井下特殊环境的一种高效扩频测距方法。     

激光相位成像雷达的研究

利用无合作目标漫反射激光相位测距的原理,对关键单元技术进行分析和设计,研制成一种用于自主式车辆视觉导引的激光相位成像雷达的原理样机.     

一种针对含噪声相位的完全相位解包裹算法撤回

干涉测量中,环境和成像系统热噪声以及不均匀的被测表面反射率均会使测量相位分布不一致,以留数点的形式出现在相位包裹图中。在此情况下,获得完整真实、高精度的被测表面相位解包裹结果就成为亟需解决的难题。不同于传统方法利用枝切连接留数点,隔离噪声干扰区域;或以丢失细节信息为代价,采用最小范数类方法的解包裹方案,首次将和谐均值这一数论概念应用在相位解包裹中。方法利用其具有剔除粗大误差的特殊性质,类比环绕留数点的四邻域相位点为待计算和谐均值数据,直接检测噪声干扰点,得到全局相位解包裹结果。最后利用强噪声干扰下,复杂表面的计算机模拟实验,通过定量定性分析,对其结果精度,运算效率,简单易执行的优点进行了有效验证。     

基于AVR单片机的超声波测距系统构建

为了提高超声波测距精度,构建了基于AVR单片机的测距及数据处理系统。分析了超声波测距的原理,以AVR单片机为处理器设计了超声波产生和发射电路、超声波接收和信号处理电路以及温度测量和补偿电路等。针对温度对超声波速度的影响,根据超声波速度与温度的关系,设计了超声波速度补偿算法。为了提高回波时间测量准确性,减小随机噪声及空气中其他杂散播干扰的影响,采用均值数字滤波方法,对计数时间进行处理。实测结果表明,在3cm~400cm范围内,超声波测距系统测量数据准确,最大误差为0.66cm。     

能量有限系统的相位算符与相位本征态

在简述相位算符研究的基础上，为了克服Ｐｅｇｇ-Ｂａｒｎｅｔ相位态平均光子数发散困难，提出有限能量系统的相位算符与相位本征态，研究了它的正交完备性、任意态函数的相位起伏计算及其在实际系统中的应用． 关键词：     

基于二次强度调制的激光测距系统

本文提出的二次强度调制测距系统可以实现绝对距离的测量,其利用马赫曾德尔强度调制器代替二次偏振调制测距中的电光相位调制器,通过对信号的光强进行二次调制来进行测距.相比于二次偏振调制测距,二次强度调制测距无需考虑测距系统中的偏振态问题,简化了系统结构,提高了系统的稳定性.经过相关理论推导以及实验验证:二次强度调制测距系统的输出光强与调制频率成余弦关系,并且可以直接测量调制器到目标物体之间的绝对距离,系统的频率稳定度、相对测距精度皆达到10^–7量级.本文提出的测距系统量程达到100 m,相对测距精度稳定在10^–7量级.采用摇摆法快速测距,避免了直接扫频寻找光强极小值点对应的频率,数据刷新率达到2 kHz.二次强度调制测距系统测距速度快,同时兼顾了较大的量程与较好的测距精度,系统结构简单,易于搭建,具有广阔的应用前景.     

一种实时高精度的机器人用超声波测距处理方法

本文提出了一种适用于可移动智能机器人定位，测障及简单形体识别的实时，高精度超声测距处理方法，介绍了以单片机实现该方法在超声测距系统，该方法既能６ｍ以保证测距误差不大于０．１３％，又提高了超声波距的实行性（３５ｍｓ）。     

高分辨率调频连续波激光绝对测距研究

大空间精密测量在重大装备制造、空间科技、国防工业等方面发挥着重要作用,激光高精度绝对长度测量是大空间精密测量领域的重要研究课题.调频连续波激光测距是近年来激光绝对测距研究的热点,它克服了脉冲法测量分辨率低和相位法激光测距存在2π缠绕模糊度问题的缺点,有着测量精度高、量程大的优点.本文研究了调频连续波激光测距的原理,分析了影响其测距分辨率的主要原因,证明了利用等光频间隔采样来抑制激光调制非线性对测距结果影响的可行性.该方法可以提高测距分辨率,且系统构成简单、实用性强.搭建了光纤调频连续波激光测距系统,并加入了辅助干涉光路对测量信号进行等光频间隔采样.利用该系统进行了测距分辨率实验,实验结果表明,本系统测量分辨率可以达到50μm,测量范围达到了10m.     

三角调频连续波建模与数值仿真

三角调频连续波由于测距精度高,所以在测距系统中有着广泛的应用。结合模数函数、绝对值函数和符号函数,推导了三角调频连续波的频率和相位的数学表达式,并进行了建模及仿真。仿真结果表明,频率和相位的数学表达式满足微积分的关系,能够描述三角波调频在跨越调频周期时的不连续性。     

一种用于光学成像系统的新型液晶相位调制器

研制出新型平行排列的二维阵列液晶相位调制器(LCPM),利用此相位调制器在Zygo干涉仪上进行了泽尼克(Zernike)多项式的产生和畸变波前调制的实验。能够很好地产生泽尼克多项式的前2~8项面形,用16项泽尼克模式对畸变波前进行了调制,峰谷(PV)值可由调制前的0.831λ减小到调制后的0.444λ,均方根(RMS)由调制前的0.181λ减小到调制后0.066λ,斯特列尔比(Strehl ratio,SR)由调制前的0.257达到调制后的0.844。实验结果表明,在光学成像系统中,利用平行排列的液晶相位调制器,进行波前像差的调制可以使成像质量得到很好的改善。     

提高脉冲激光引信定距精度的仿真研究

激光引信是随着激光技术的发展而出现的一种近炸引信,其定距精度的高低,直接影响系统的最终性能。提出了采用Xilinx公司的SpartanⅢ系列FPGA芯片,通过对基准时钟的相移,利用4个相位相差90°的倍频时钟的方法进行脉冲测距,从而大幅度地提高脉冲激光引信的定距精度,理论上定距误差为0.1875m,并通过Modelsim进行仿真验证。     

谱域相位显微成像的相位解包裹

提出了一种应用于谱域相位显微成像的相位解包裹方法。利用傅里叶变换及合成波长相位计算方法分别得到具有较小噪声的包裹相位和具有较大噪声的解包裹相位,利用解包裹相位与包裹相位之差计算包裹相位的包裹次数,以此对具有较小噪声的包裹相位进行解包裹。该方法消除了现有方法引入的边界分段错误。建立了一种基于合成波长的谱域相位显微成像系统,使用压电位移台定量验证了该系统可以用于大梯度边界的相位解包裹,并进行了红细胞和倾斜镜面的相位成像。该系统在空气中的位移灵敏度为0.043 nm。     

水下噪声目标被动测距技术研究

运用被动测距声纳中的三元测距技术，通过直接测1、3阵元的时延差来实现时延估计。仿真结果表明，改进的时延估计方法可提高时延估计精度，从而改善测距精度。此外，定义临界距离，并以此为分界点，分别采用K系数分配法和直接测量法对中远程和近程目标进行测距，解决了被动声纳的近程测距模糊问题。将其应用于声纳系统中，可显著提高声纳的被动测距能力，使被动测距声纳可全程测距。     

基于特征分析的自适应干扰抑制方法在水声目标被动测距中的应用

针对海洋环境中真实目标常常被强干扰掩盖而难以检测与定位的问题,本文提出了一种基于特征分析的自适应干扰抑制（EAAIS）方法,并将其应用于水声目标被动测距。EAAIS方法预先确定目标方向在一个可能的角度范围内,根据接收数据互谱密度矩阵（CSDM）单个特征向量的波束形成,构造合适的判决因子来自适应地估计并去除CSDM特征空间中的非目标信号子空间以抑制干扰和噪声。然后利用修正后的CSDM进一步获得更清晰的目标的声场干涉条纹,通过匹配声强的频谱结构进行水声目标被动测距。海试数据验证了EAAIS方法在强干扰环境下有效实现水声目标被动测距的能力。     

基于光场摄像技术的对焦测距方法的研究

提出一种新的基于光场摄像技术的单站非合作目标测距方法,介绍了该方法的原理及系统组成.对基于光场摄像测距方法的图像处理技术进行了数学分析研究,给出了图像处理公式.对像面判读函数进行了研究,结合条纹鉴别率板通过实验方法统计分析了像面判读误差.理论分析了该测距技术测距准确度和测距范围.     

基于飞秒激光模间拍频法的大尺寸测距方法

本文基于飞秒激光模间拍频法实现多波长相位式绝对距离测量, 通过改变光频梳重复频率合成波长扩大测距量程, 并采用监测臂和双快门切换系统补偿和消除由电路产生的相位差单向漂移和大幅抖动. 实验中以20倍重复频率的拍频进行测量, 在30 min内相位测量的标准偏差为0.022°; 与双频激光干涉仪比对1125 mm行程内位移测量结果, 测距精度优于50 μm; 实验验证了合成波长方法扩大量程方案的可行性, 获得的测距重复性优于3 μm, 该系统理论上可扩展量程至7.5 km.