相干测风激光雷达功率谱估计硬件系统综述

相干测风激光雷达探测回来的回波信号需要使用FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)进行功率谱估计,在这个过程中离不开硬件系统的参与。在介绍了FFT算法对硬件需求的基础上,对应用于FFT算法的计算机和硬件电路板的研究进展和优缺点进行了分析。结果表明,随着对数据处理的精度以及软件复杂度的提高,计算机存在着无法改变的缺点;随着芯片技术的发展,以Zynq为核心的硬件电路板是最有发展前途的。最后对相干测风激光雷达FFT功率谱估计硬件系统进行了总结与展望。

时分复用双光子成像系统高速数据处理研究

为满足高频脉冲时分复用的双独立扫描探测双光子显微成像系统中信号解多路复用、行场同步、像素值重建的需求,对高速数据的采集处理进行了研究;基于LabVIEW FPGA,结合有限状态机、FIFO缓存和并行流水线等技术,设计了一种多功能采集处理系统,通过精确的时序控制,成功实现了高速数据的无损解复用和后续成像数据处理,并能够对共振振镜非线性运动导致的图像畸变进行校正;经过调试仿真和实验测试表明,在系统单通道采样率800 MSPS、200 MHz FPGA处理时钟下,能够对160 MHz时间交错激光脉冲产生的来自不同位置的相应荧光信号进行复杂处理;经实际应用表明,系统满足实时成像的需求,为相关领域的研究者提供了有益的参考。

教育信息化背景下传感器课程混合式教学模式探索

在基于慕课的传感器课程教学实践过程中,通过采取教学目标设计、慕课资源建设、线下课堂设计、实验设计等措施,构建了“以学生为中心”、线上自学、线下精深的混合式教学模式,改革了课程考核评价方式。实践证明,混合式教学模式既有利于全面培养学生的知识、能力和素质,也为科学评价学习成绩提供了依据。

基于梯度下降VAD方法的风场探测技术

为了获得高精度矢量风速,着重对激光雷达回波信号数据反演方法进行分析研究。开展了一系列1.55μm全光纤相干测风激光雷达测速实验,采用基于梯度下降的VAD(Velocity-Azimuth Display,速度方位显示)风场反演算法进行矢量风场的反演,并通过MATLAB编程与仿真进行分析。基于模拟数据进行仿真实验,以风场反演结果的均方误差(MSE)为评价指标,对比LM最小二乘算法、Newton-Gaussian(NG)最小二乘算法及梯度下降算法这3种风场反演算法在进行不同迭代次数下的均方误差。结果表明,梯度下降和LM最小二乘算法最终都能收敛且MSE值较小,但LM最小二乘算法受初值影响较大,所以选取梯度下降算法进行风场反演成为更优选择。

基于FPGA的测风激光雷达功率谱估计系统设计

为了从测风激光雷达回波信号中获il取i大气径i向风速信息,本文设计了一套基于FPGA的测风激光雷达功率谱估计系统。系统采用14位250MSPS的AD芯片进行高速采样,以X部触发、数据存储、功率谱估计以及数据通信等系列功能。通过对系统进行功能仿真和实验验证,对比分析出其功率谱估计与MATLAB计算结果最大相对误差在10-4量级,验证了本系统设计的正确性和可靠性。

短光纤延时自外差法测量窄线宽激光器线宽

从理论上分析推导了移频延时自外差法测量激光器线宽的基本原理,并采用延时自外差法数学模型,编写了仿真程序.借助此分析结果,通过对两台已知线宽的窄线宽激光器的实际测量数据,与仿真结果对比,验证了模型的正确性.在此基础上,提出了短光纤延时自外差法,采用该方法可以在延时光纤长度远小于6倍的激光器相干长度时,消除延时自外差法因为延时时间不够导致测量精度的大幅度下降这一缺陷,为工程上实现精确测量窄线宽激光器线宽提供了行之有效的方法.

用于电子稳定程序的汽车模型和控制策略

电子稳定程序(ElectronicStabilityProgram)是行驶车辆的一种主动安全系统,它综合了制动防抱死系统,驱动力控制系统和横摆力矩控制系统,使行驶车辆的安全性得到很大的提高。本文首先建立用于电子稳定程序的汽车模型,包括车身模型、悬架模型、转向模型、轮胎模型、制动系统模型、发动机模型和传动系模型。然后建立了主动横摆控制的控制逻辑,通过加入制动防抱死系统和牵引力控制系统,构成了电子稳定程序的控制逻辑。最后对移线运动、紧急转向、制动转向、驱动转向4个典型的工况进行仿真,从而验证了电子稳定程序控制逻辑的正确性。

用FPGA实现任意波形发生器的两种方法

主要提出了用FPGA实现任意波形发生器的两种方法。在详细讨论了两种设计方法的原理的基础上,利用FPGA设计了其中的核心单元,给出了用MaxplusⅡ设计的电路图,并分别作出了详细说明。最后运用MaxplusⅡ和MAT LAB的仿真功能,对两种方法进行了分析,给出了相关结论。根据系统集成的具体要求,选用这两种方法,可以大大提高设计的集成度和灵活性,增强产品的可靠性。

全光纤M-Z干涉仪激光器鉴频系统

研究了不等臂M-Z干涉仪鉴频的基本原理,对采用三角波调制改变干涉仪臂长获得鉴频信号的过程进行了定量分析.在此基础上,仿真计算了线性改变干涉仪臂长和频率漂移对鉴频信号输出的影响,采用LiNbO3相位调制器取代PZT(Piezo-Electric Transducer)调制方式,设计实现了鉴频实验装置,获得的实验结果与理论和仿真结果吻合.对驱动信号和环境扰动对该方案的影响进行了实验验证和理论分析,与PZT调制方式相比,无需高精度温控装置,系统工作稳定可靠,信号调制动态范围可以从PZT调制方式下的几十Hz扩大到GHz.同时可以在该方案中采用lock-in确定相位-频率响应度,从而测定激光器的频率波动范围.

基于飞秒激光的光纤长度测试方法

准确的光纤长度测量在所有光纤通信及光纤传感系统中是重要的技术问题。基于双色双频空间距离测量法,采用光纤飞秒激光器,设计了全光纤耦合飞秒光纤长度测量装置,采用1 GHz的重复频率谐波进行精确测量,测量范围可达50 km,分辨率约为10 cm,且这个分辨率不会随着光纤长度而变化,可以很好地解决传统方法中折射率精确性导致的测量缺陷。

FROG飞秒脉冲脉宽重建及可视化测量

文章对在Matlab环境中实现FROG脉冲迭代算法进行了理论分析,给出了详细的矩阵数学模型推导过程。在此基础上,根据飞秒脉冲测量需求,在Matlab中编写了GUI用户界面,实现了对FROG行迹的重建和标定。采用该GUI,对实际的飞秒脉冲进行了在线测量,重建后的FROG行迹和标定后的FROG行迹吻合,可直接获取测量中的迭代次数、迭代误差、飞秒脉宽、谱宽等关键信息,可以直接应用到FROG脉宽测试仪的工程化设计中。

单片机实验课模块化教学实验内容设置探索

本文针对单片机实验课教学的内容设计,采用模块化教学思想,结合专业特点,将一些本专业经典设计案例进行分解,按照从基础到创新4个实验层次,先易后难,将实验内容构成一个有机整体,形成进阶式的学习模式。由于设计内容更贴近学生专业,可以更好的提高学生的学习兴趣,并在教学实践中取得了良好的教学效果。

GRENOUILLE系统中时间延迟量参数优化设计

GRENOUILLE飞秒脉冲测量系统中,时间延迟量是一个关键参数,直接决定了飞秒脉宽测量范围。本文量化分析了时间延迟量与菲涅尔双棱镜底角、待测光斑直径等参数之间的关系,研究结果表明,菲涅尔双棱镜底角越大,待测光斑半径越大,双棱镜-SHG晶体间距越大,产生的最大时间延迟量越大,可测得的飞秒脉冲越宽。确定了光路系统中器件参数,通过实验进行了验证,测量结果的误差优于5%,为GRENOUILLE测量系统优化设计提供了参考和依据。

定子暂态和运行区域对异步发电机稳定性影响

现有研究中,异步发电机一阶和三阶模型忽略定子电磁暂态,五阶模型未考虑定子电压角速度变化。转速控制和功率控制方式下,异步发电机机械转矩定义不同,影响稳定分析结果。本文研究了异步发电机模型阶数、运行区域、定子角速度变化对小扰动稳定性的影响。发现随风机出力增加,转子暂态和定子暂态对应特征值变化趋势相反,后者降低发电机稳定裕度。建立转速控制和功率控制两种方式下转差率初值算法,发现转速控制下转子电磁暂态对应正特征值,不能直接应用于普通同步发电机。从普遍意义上证明定子电压相角不是状态变量。发现如不考虑定子角速度变化,风电系统稳定分析结果偏于乐观;风机装机台数越多,相对误差越大。

嵌入式Linux系统中的多层次驱动程序

嵌入式Linux设备驱动程序随着设备应用领域的扩展而愈来愈复杂,其相应的配置和编译脚本开发成为重点。简述驱动程序开发的基本原理和过程,针对多层次的驱动程序,分析其配置和编译脚本Kbuild,包括内核配置语言和内核Makefile文件。将源代码加入到Linux内核中,开发出各目录下相应的Config.in和Makefile文件,以增加内核配置菜单选项并得到遵从配置的编译结果。对构建的模块按照层叠顺序加载,模块运行良好。

窄线宽单频单偏振环行腔掺铒光纤激光器

为了获得稳定的窄线宽单频单偏振掺铒光纤激光器输出，对采用饱和吸收体的环行腔结构掺铒光纤激光器进行了研究．实验中采用未抽运掺铒光纤作为饱和吸收体形成窄带滤波器，并选用高反射率的光纤光栅作为波长选择元件，同时采用具有高消光比的保偏环行器来获得单偏振激光．窄线宽单频单偏振环行腔掺铒光纤激光器的峰值波长可以通过拉伸光纤光栅进行调谐，调谐的范围为1548～1552nm．当抽运功率为275mw时获得的输出最大功率55．4mw．通过采用光纤延迟自外差法的线宽测试技术测量出该环行腔掺铒光纤激光器的20dB线宽为3kHz，光纤激光器的输出光偏振态长时间稳定在偏振度99．9％．这种窄线宽单频单偏振掺铒光纤激光器可以作为相干激光雷达的稳定信号源．

后向拉曼散射材料色散的位置匹配法误差校正

分布式光纤拉曼温度传感器中存在的色散效应造成升温峰中心位置的测温结果偏高，特别在温度突变的情况下影响尤为严重。针对此问题，详细分析了分布式光纤拉曼温度传感器的色散效应引起的光纤中各点反斯托克斯光和斯托克斯光传输速度差异，提出了基于两路背向散射光功率数据位置误差的分段配对方法，将反斯托克斯光功率与比它早散射回的斯托克斯光功率适当配对，再代入温度解调公式进行解调，从而减小了温度测量误差。最后，利用3km分布式光纤拉曼测温系统进行了验证，实验结果表明，经过配对修正后，升温峰中心位置的温度测量误差减小了0．3-0．8℃。

一种激光多普勒信号的频率估计算法

分析了激光多普勒回波信号的特征,提出了一种激光多普勒信号的频率估计算法。用FFT(Fast Fourier Transform)技术求得信号的自相关函数,并由功率谱得到信号频率的粗估计,然后用粗估计值对自相关函数移频,并根据移频信号自相关函数在一点的相位,估计频偏,对粗估计进行频率校正得到频率估计值。在进行信号频率粗估计和求相位时,利用计算过程中得到的结果和FFT因子的对称性,减少运算量。仿真结果表明,本算法有较小的均方根误差和平均绝对误差,应用于激光多普勒测速实验,结果与仿真一致。

基于饱和吸收镜的被动锁模掺铒光纤激光器

为了研究基于半导体可饱和吸收镜的被动锁模光纤激光器的输出特性,采用1480nm的半导体激光器作为抽运源,利用掺铒光纤作为增益介质,以及光纤环行器、偏振控制器、波分复用器和耦合器等构成了环形腔结构的被动锁模光纤激光器。实验中获得了峰值波长1586nm、光谱宽度4.8nm、重复频率11.2MHz、最大平均输出功率8.4mW的稳定锁模激光脉冲输出。结果表明,调整光纤偏振控制器会使光纤激光器输出脉冲的时域波形略微发生变化,在实际应用中需要注意偏振态变化对锁模光纤激光器输出脉冲时域特性的影响。这一结果对于半导体可饱和吸收镜在被动锁模光纤激光器中的应用及其特性具有一定帮助。

马赫-曾德光纤干涉光谱测量系统的设计

光纤干涉光谱仪由于其体积小、分辨率高、抗电磁干扰和耐高温的特点,广泛应用于各种领域的物质检测中。设计了一种使用电动光纤延迟线实现光程差调制的基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的光谱测量系统。介绍了系统的构成,推导了基于该系统的光谱计算公式以及分辨率计算公式。搭建了实验平台,对一宽谱光源进行测试,并采集其干涉信号,解调出了相应的光谱图。对结果进行分析,当最大光程差变为0.479 5cm时,光谱分辨率为2.085 4cm^(-1)。电动光纤延迟线的性能在很大程度上决定了最终解调出的光谱的分辨率、精度,尤其是速度和延时时间的精度和线性度。