频谱分析型激光多普勒测速仪信号处理技术

为了提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波,再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法,并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明：跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上,实时跟踪多普勒信号的频率,信噪比明显提高,所得结果与多普勒频率的真实值相一致;频谱细化技术大大提高了频谱分辨力,频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。     

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。     

自适应滤波技术在激光多普勒测速仪中的应用

激光多普勒测速仪检测系统提取的光电信号中存在较大的噪声信号。为了消除这些噪声干扰, 提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出一种新的信号处理方法,将最小均方差自适应滤波技术应用于激光多普勒测量中,利用多普勒信号和噪声信号的统计特性,以最小均方误差估计为准则,最大程度地滤除噪声信号。阐述了最小均方差自适应滤波算法的基本原理,在MATLAB平台上将其应用于理想正弦信号进行仿真,并将其应用于实测多普勒信号的处理中。仿真和实验均表明,该技术可以有效抑制激光多普勒测量中的多频率噪声的干扰,大大提高多普勒信号的信噪比和测量精度,为设计高精度的激光多普勒测速仪创造了条件。     

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。     

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。     

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。     

小波分析在激光多普勒信号处理中的应用

提出将激光多普勒测速仪(LDV)应用于车载惯性导航系统中,阐述了激光多普勒自身速度仪的基本原理和小波变换的相关理论,并运用小波变换对多普勒信号进行检测、去噪及提取多普勒频率,仿真及实验结果表明：信号进行小波分解后,对每一级小波进行阈值处理,得到了较好的去噪效果;在小波降噪常见的阈值原则中,无偏似然估计阈值和极值阈值不容易丢失信号中的有用成分,而启发式阈值原则和固定阈值原则可以更有效地去除噪声;对于提取多普勒频率而言,小波变换与快速傅里叶变换所得的结果是一致的,而小波变换不但可以求出系统自身的运动速度,而且还可以求出对应速度发生的时刻。     

基于希尔伯特变化的微小振动激光多普勒信号处理

为了实现对固体目标微小振动参数的测量,建立了微小振动的激光多普勒信号模型。采用希尔伯特数字运算,将激光多普勒振动信号的即时信号采样转化为信号的谱采样。通过频谱计算得到每个振动周期中瞬时频率的平均数,应用差值采样序列积分计算得到振动频率,最后根据振动信号频率变化与振幅的关系得到振幅。采用希尔伯特方法对实验测试结果进行处理验证,并分析了误差来源。实验结果表明：实验测量目标的振动振幅约为1.85×10-4m,转动的圆频率约为170 Hz。因此,应用希尔伯特变换方法处理测量的目标微小振动信号,获取目标运动的参数是可行的。     

参考光束型激光多普勒测速仪的误差分析

阐述了参考光束型激光多普勒测速仪的基本原理,从理论上分析了原理公式近似、高斯光束干涉、激光线宽、探测器孔径、有限渡越时间、信号处理算法、空气折射率变化及角度测量等诸多因素对激光多普勒测速仪测量结果造成的误差,研究并给出了每一种影响因素所引起误差的理论公式,在每一种影响因素中具体讨论了各种光学参数对测量误差的影响并对部分参数进行实验研究。理论分析和实验表明：在实验中需要选择线宽较窄的激光器及孔径较小的光电探测器,而在选择光束光斑半径和信号光中心光线的方向与粒子运动方向的夹角时,既要考虑激光的质量和多普勒信号的强度,同时也需要考虑原理公式近似、探测器孔径的尺寸、有限渡越时间及高斯光束干涉等多种因素对测量结果的影响。     

Laser Doppler velocimeter using a single longitudinal mode solid-state laser source

An experimental demonstration of using a single longitudinal mode solid-state laser source in laser Doppler velocimeter (LDV) is presented. The technology of frequency spectrum correction is used in processing Doppler signal. The results of the experiments show that: the magnitude and signal-to-noise ratio (SNR) of Doppler signal are both enhanced by the solid-state laser; the measurement accuracy of LDV is improved by the technology of frequency spectrum correction, and the variance of the measured Doppler frequency is larger than the Cramer-Rao low bound (CRLB) of Doppler frequency about one order of magnitude.     

Signal processing of double-beam and double-scattering laser Doppler velocimeter

The common method of laser Doppler velocimeter (LDV) signal processing is fast Fourier transform (FFT). Because of the restraint of spectral interference, fence effect and spectrum leakage, the precision of FFT is not high. In order to improve the accuracy of double-beam and double-scattering laser Doppler velocimeter signal processing, an algorithm based on spectral refinement and interpolation is put forward. First, high-pass filter is adopted to remove the baseplate of LDV signal. Second, FFT is adopted to get the estimate of Doppler frequency and then Zoom-FFT is used to refine the local range of Doppler frequency. Third, four-term fifth derivative Nuttall windowed interpolation is used to correct the refined spectrum. Then the accurate estimate of Doppler frequency can be obtained. Simulations and experiments based on the LDV system built in laboratory show that Zoom-FFT can improve the resolution of spectrum and four-term fifth derivative Nuttall windowed interpolation can further increase the precision of signal processing.     

激光多普勒测速实验系统的信号处理

本文详细报导了运用集成锁相环路在激光多普勒测速实验教学系统中实现多普勒信号频率跟踪处理的设计原理和具体实施方案。该处理方法将集成度较高的 L M5 6 5锁相环应用于系统 ,使系统具有电路简单、可靠、可实时测量和结果直观、易操作等特点     

激光多普勒测速仪中散射光特性的研究

后向散射光特性与多普勒信号的质量密切相关。为了设计高性能的激光多普勒测速仪,运用散斑理论详细分析了激光多普勒信号的强度与散射光斑大小的关系,结合泛函理论给出了计算多普勒电流的散斑表达式,并通过实验的方法研究了回波信号的偏振特性及其强度分布。理论分析与实验结果表明,激光多普勒信号的强度与接收器件光敏面的直径成正比,与光斑的直径成反比;选用光斑较小的圆偏振激光束,并用光敏面尺寸较小的探测器在镜面反射方向上接收信号光,可以大大提高多普勒信号的信噪比,增强系统的探测能力,为提高系统的测量精度创造有利的条件。     

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。