基于光子多普勒测速的长景深动态测试研究

目前光子多普勒测速的应用场景多为瞬时、短时的冲击、震动、飞片等测量,采集时间少、景深距离短,缺少长景深动态测试的应用。为此我们搭建了一套全光纤结构PDV以及基于LabWindows的上位机解调软件,以15 kHz线宽1550.12 nm激光器为光源,300 mm工作距离非球面镜作为探头,针对运动距离为1.33 m、最高速度14 m/s的无杆气缸滑块进行速度测量。通过多次实验,得出了无杆气缸滑块运动的全程速度曲线,并用积分反推出运动距离与实际滑块运动距离相符,平均相对误差为-0.5266%。实验结果表明,光子多普勒测速系统健壮性良好,在信号光耦合功率低的情况下仍可以得到16 dB以上信噪比的干涉信号,大气环境稳定时可在长景深范围内进行动态测量。     

基于激光自混合干涉调频信号的位移测量实验

激光自混合干涉在高精度测量领域发挥着越来越重要的作用,微位移测量已应用于大型土木结构、航空航天、健康监测等。传统测量以调幅信号为主,但随着噪声加强,测量误差越来越大,甚至难以测量。为此,采用马赫-曾德尔干涉仪,实现了调幅/调频信号转换。针对大噪声环境下的调频信号,利用多次希尔伯特变换进行相位解卷,实现了原始信号的重构。数值仿真结果证明了该方法的有效性,在10 dB白噪声环境中,系统的信噪比为10.0614 dB,估计误差为0.0614 dB。实验结果表明,微位移重构的误差在100 nm以内,且调频信号的信噪比远高于调幅信号。该方法适用于超精密测量,且在大噪声环境下仍具有较高的信噪比。     

光纤F P腔干涉纳米级位移高分辨率测量

激光抗干扰性好、复用能力强,光纤F P腔干涉仪结构简单、灵敏度高,适于纳米级位移测量。为了进一步提高分辨率,扩展测量范围,本文对光纤F P腔干涉信号的相位和功率进行分析。首先给出了二倍次方功率和分辨率的关系,找出了提高分辨率的途径。然后给出了二倍次方功率和干涉条纹变化的关系,确定了测量条件。最后根据光纤波在F P腔内干涉形成的滞后相位,通过多次希尔伯特变换,实现了待测物体位移重构。数值模拟和实验证明了该方法能够实现高分辨率纳米级位移测量,误差小。     

面向复杂大气扰动的GB-InSAR相位误差补偿方法

大气扰动是地基干涉合成孔径雷达（GB-InSAR,Ground-Based Interferometric Synthetic Aperture Radar）测量的主要误差源之一。在复杂大气条件下,常规的大气相位补偿方法不再适用,本文提出了一种基于PS（Permanent Scatterer,永久散射体）技术的改进方法。该方法首先通过Delaunay三角网建立临近PS对,分析各临近PS对的差分相位序列标准差,实现PS集合中的噪声点或部分形变点的滤除;然后根据气象数据估计出参考大气相位序列,通过计算剩余PS的干涉相位序列与参考大气相位序列的MIC（Maximal Information Coefficient,最大互信息系数）,结合空间维相干系数,采用双阈值实现稳定 PS的选择;最后采用Kriging插值拟合方法,实现复杂大气条件下的大气相位估计。采用本文所提方法,对九道拐区域实测数据进行了处理,相比于常规方法,有效降低了大气相位补偿误差,保证了GB-InSAR的形变测量精度。      

粗DEM辅助的广域PS-InSAR数据预处理方法及应用

PS-InSAR技术是一种高精度的地表形变探测方法,小区域PS-InSAR处理的研究较为深入,但处理方法并不适用广域的形变探测和数据处理方法。本文针对卫星实时轨道精度差的问题,首先提出利用辅助DEM进行斜距误差和轨道系统误差校正提升差分干涉相位反演精度的方法;其次,针对广域图像配准误差的空变性,提出了一种由粗到精的层级配准方法,解决了配准误差空变对PS-InSAR永久散射体选取和图像相干性的影响;最后,通过对形变观测结果的地理编码结合加权处理,实现对超广域观测图像的拼接。利用仿真数据验证了粗DEM对系统误差校正的有效性,并进一步通过Sentinel-1A的2000多景雷达影像对云南省全境39.4万平方千米的覆盖区域进行了处理,结果表明了本文方法对系统误差校正和对广域形变探测处理的有效性。     

无人机载PolInSAR城区散射机制初步分析

极化干涉合成孔径雷达（PolInSAR）在城市遥感领域中扮演着重要角色。它能够提高图像的相干性并提高反演结果的精度,所以对于其散射机制的解释往往受到许多研究人员的关注。相关的研究多从极化分解的角度考虑,却少有人从散射中心高度方面进行分析。本文使用Ku波段无人机载极化干涉SAR系统,实现了使用无人机SAR系统对地面进行成像,比较了极化干涉最优分解与Pauli分解作用在不同人造目标时散射中心的关系。我们初步分析了极化干涉SAR的物理意义,并使用C波段的机载极化干涉SAR系统对结论进行验证。     

双脉冲激光诱导铝等离子体的双波长干涉诊断

双脉冲激光诱导等离子体在激光加工、元素检测、材料去除等领域有广阔的应用前景和发展空间,对其进行诊断具有重要意义。针对延迟双脉冲激光诱导铝等离子体的作用效果和影响机理,采用双波长干涉法对其时间演化规律展开研究。基于马赫-曾德尔干涉仪搭建了双波长干涉诊断系统,得到了双脉冲激光诱导等离子体干涉图。通过对干涉图的处理和分析,得到了等离子体电子密度随双脉冲激光延迟时间的变化规律。结果表明,随着双脉冲激光延迟时间的增加,第二束脉冲激光对等离子体电子密度的增强效果先加强后减弱。其中,双脉冲激光延迟时间为10 ns时,对等离子体电子密度的增强效果最强,在30 ns时刻,其中心区域平均电子密度可达6.49×1019 cm?3,相较于同等能量单脉冲激光诱导等离子体提升了26%。同时研究了延迟时间对第二束脉冲激光作用机制的影响。研究结果为双脉冲激光诱导等离子体的优化方向提供了参考。     

超大口径平面反射镜的光学检测（特邀）

在简要总结了各种检测大口径反射镜难点的基础上,为了实现30 m望远镜（TMT）超大口径第三反射镜的高精度检测,提出了一种融合五棱镜扫描技术和子孔径拼接测试技术的新方法。大口径反射镜分阶段依次进行了五棱镜扫描测试和子孔径拼接检测,对该技术的基本原理和基础理论进行了分析和研究,制定了检测30 m望远镜第三反射镜（口径为3.5 m×2.5 m）的方案,对其测试流程、五棱镜设计、五棱镜扫描像差拟合、拼接最优化算法等进行了详细分析,并对30 m望远镜第三反射镜的原理镜进行了实验验证,其最终拼接检测面形的均方根值（RMS）和斜率均方根值（slopeRMS）分别为28.676 nm和0.97 μrad。     

空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统

由于激光外差干涉测量系统光机平台无法模拟多普勒频移,并且商用信号发生器无法实现多种类、高复杂度的星间外差干涉信号模拟,不能对空间引力波探测的相位计进行全面测试。通过分析外差干涉信号的特性,研究信号模拟系统的实现原理及方法,设计了空间引力波探测激光外差干涉信号模拟系统。首先,应用直接数字合成器（DDS）模拟外差干涉信号。其次,通过频率偏移方式模拟多普勒效应,应用混合同余算法生成散粒噪声并调制到外差干涉信号中。最后,基于FPGA搭建系统硬件平台,通过示波器及频谱分析仪分析生成信号的时频特性。实验结果表明,信号模拟系统在2~20 MHz的频率范围内杂波抑制度为?53 dBc,谐波（二次）抑制达到?47 dBc,生成信号的时频特性符合理论预期,满足空间引力波探测相位计的地面测试需求。     

快刀伺服加工多通道滤光片阵列的间隔层模具

在目标探测识别系统中,采用多通道滤光片可以提高目标与背景的信噪比,从而实现对目标信号的精准探测。基于纳米压印的阵列结构多通道滤光片制造技术,对滤光片间隔层硬模具的表面精度和结构精度具有较高的要求。根据多光谱滤光片的设计结果,基于单点金刚石车床,采用快刀伺服加工方式,实现多通道滤光片间隔层模具的高精度制造。并采用白光干涉检测技术,对模具的表面形貌进行了检测。通过分析表明,对5×5阵列结构的多通道滤光片,其加工结果与设计值吻合良好,横向尺寸精度与纵向尺寸精度均优于5%,完全满足设计要求。该技术为多通道滤光片的大规模、批量化制造提供了技术支持,同时也为非周期阵列光学元件的制造提供一种有效的手段。