一种光学频率梳绝对测距的新方法

采用光学频率梳的高精度绝对距离测量技术在航空航天、科学研究和工业生产等领域都发挥着重要作用.提出一种利用光学频率梳技术,通过检测光强实现绝对距离测量的新方法,研究了光学频率梳发出脉冲的时间相干性,分析了光强与被测距离之间的关系、干涉条纹峰值点位置与被测距离之间的关系.建立了基于Michelson干涉原理的测距系统,通过测量光强信息得到被测距离.以高精度纳米位移平台的位移量作为长度基准进行了绝对测距实验,在每个被测距离点都重复进行了10次实验,将10次实验测得的光强值取平均后用于距离的计算.实验结果表明,该方法可以实现绝对距离测量,在10μm测量范围内,最大误差为47 nm.因此,该方法可以应用于大尺寸高精度的绝对距离测量.     

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.     

基于物联网的活动范围受限人员监管系统的研究

首先介绍了活动范围受限人员监管系统的需求和研究意义,之后给出了系统的总体架构.在此基础上,着重介绍了基于RSSI(Received Signal Strength Indication)的测距原理和高斯模型校验方法,以及利用陀螺仪传感器通过航位推测算法进行方位计算的思想与方法.系列测试和实验结果表明,采用的RSSI测距方法和航位推算方法设计的系统可以有效的应用于活动范围受限人员的监管.     

基于神经网络的高压输电线路单端测距方法

针对单端行波故障测距第二个行波波头性质辨识问题,提出一种将小波模极大值方法和神经网络算法相结合的测距方法。采集故障波头时间差和极性等信息作为样本,利用神经网络的非线性拟合能力对样本进行训练、测试,从而建立相应的故障测距神经网络模型。将故障信息代入神经网络模型得到初步测距结果,根据初测结果和波头极性、时间差等性质的关系,对第二个行波波头进行正确辨识,从而得到优化的测距结果。经Matlab/Simulink仿真验证,该方法有较高的可靠性和精确性。     

超声波测距误差分析及校正研究

提高超声波测距性能是超声波测距技术研究的关键点;不同的超声波接收信号检测和处理技术会涉及到不同的硬件结构、软件实现复杂度,导致超声波测距性能差异,进而影响整个系统的定位性能;为提高定位系统的定位精度,针对特定的六元超声波阵列测距系统进行超声波阵列测距实验,对可能造成测距误差的误差源进行分析,并分别采用温度补偿法和最小二乘回归法对测量数据进行校正;实验结果表明,设计的网络节点测量距离能够达到15 m,且最小二乘校正模型的测量结果有效地减小了测距误差,提高了测距精度。     

连通井磁场测距系统中信号处理与传输的研究

为了消除连通井磁场测距系统中高温高压、强震动恶劣环境对测量信号的影响,提高测量结果精确性,实现连通井磁场测距系统的精确定位功能,本文从传感器、AD选型、硬件信号调理电路、软件滤波等方面对所采集信号的处理问题进行了探讨,并对比分析了FIR和IIR两种滤波器。针对结构简单、耗时短、内存小的IIR滤波器的精度偏低问题,本文提出了一种采用整数与浮点替换式的运算、混合编程和程序结构改进的设计方案。实验表明,该方法的处理时间较原方法缩短了61.29%,数据精度相对可提高两个百分点,满足系统对时间和精度的要求。此外,为了减小测量短节与钻头附近的耦合效应的影响、提高信号传输的效率,本文在井上系统和井下测量系统之间的采用曼切斯特编码编码通信,提出了一种编解码硬件解决方案。     

光学频率梳基于光谱干涉实现绝对距离测量

详细分析了光学频率梳光谱干涉的原理, 建立了较全面的光谱干涉的数学模型, 为实现绝对距离测量提供理论分析基础. 基于光谱干涉, 指出通过光谱干涉条纹的振荡频率, 即一次傅里叶变换, 可以实现绝对距离测量, 数值模拟结果表明, 最大测量误差为1.5 nm; 提出了一种等效的多波长并行零差干涉的方法, 分析了多波长并行零差干涉法的测距原理. 数值模拟结果表明, 多波长并行零差干涉法的最大误差为8.7 nm; 通过脉冲啁啾实现绝对测距, 分析了基于脉冲啁啾实现绝对测距的原理, 数值模拟结果表明, 最大测距误差为5.3 nm.     

单目图像中姿态角估计的坦克目标测距方法

为了克服经典成像测距对相机姿态和视差信息依赖的问题,以观瞄发控装置的电荷耦合器件获取的单目图像为研究对象,提出了基于姿态角估计的坦克目标测距方法.该方法首先利用多级尺度不变特征变换匹配算法实现目标姿态角的快速估计,获取与当前目标姿态偏差最小的模板;然后利用该模板和目标图像模拟立体视觉,建立不依赖于相机姿态和视差的单目测距模型.该模型在远距离测距和小角度偏差的前提下,将模板中的匹配特征点投影到等效平面世界坐标系中,建立被测坦克图像点及其空间点的映射关系,将测距问题转化为对相机外参量的标定,从而求解出相机中心到坦克中心的距离.采用200m到2 500m范围内的坦克验证测距方法的性能,对测量误差随距离的变化规律进行分析,并将其与不同射程时导弹末制导交班的最大容许误差进行对比.结果表明,该方法适用于观瞄发控装置获取的任意姿态图像,实现了野战条件下单兵反坦克武器系统的远距离、快速测距;测量结果中相对误差小于4.9%,绝对误差小于87.7m,满足导弹各个射程的最大容许误差的要求.     

强度调制532 nm激光水下测距

激光水下探测在水下目标搜寻、资源勘探等领域具有重要的应用,而散射是激光水下探测面临的主要挑战.载波调制激光雷达具有抗散射、抗干扰的优点,本文利用自行研制的532 nm强度调制激光源,在3 m长的水箱中搭建激光水下探测系统. 532 nm激光源最大输出功率为2.56 W,强度调制范围为10.0 MHz—2.1 GHz,光束发散角约0.5 mrad.通过在水箱中添加氢氧化镁(Mg(OH)_2)粉末,测量了不同浑浊度下水的衰减系数.采用相位测距的方法,目标反射光的调制信号为探测信号,对激光源进行调制的电信号作为参考信号,利用相关运算获得激光的延时时间,进而可以获得水下目标的距离.最大调制频率为500 MHz时,实现了距离为4.3个衰减长度目标的探测,测距误差约12 cm.探测距离越远,测距误差越大,调制频率越高,测距精度越高.     

基于RSSI的改进四边测距机器人定位算法

基于接收信号指示强度的测距特性和三边测距定位原理,提出了应用于机器人定位的改进四边测距定位算法,引入加权质心定位算法的思想,通过距离因子控制各个锚节点对定位精度的影响,并将锚节点之间的距离和信号强度作为修正RSSI的参考值。仿真结果表明,该算法不仅可靠性高,有效避免了信息淹没现象,而且在不增加通信成本的基础上提高了机器人的定位精度。