DETECTION ON MICRO-DOPPLER EFFECT BASED ON LASER COHERENT RADAR

A laser coherent detection system of 1550 nm wavelength was presented, and experimen- tal research on detecting micro-Doppler effect in a dynamic target was developed. In the study, the return signal in the time domain is decomposed into a set of components in different wavelet scales by multi-resolution wavelet analysis, and the components are associated with the vibrational motions in a target. Then micro-Doppler signatures are extracted by applying the reconstruction. During the course of the final data processing frequency analysis and time-frequency analysis are applied to analyze the vibrationM signals and estimate the motion parameters successfully. The experimental results indicate that the system can effectively detect micro-Doppler information in a moving target, and the tiny vibrational signatures also can be acquired effectively by wavelet multi-resolution analy- sis and time-frequency analysis.

基于激光微多普勒的旋翼无人机探测和识别技术进展

激光微多普勒体制具有探测灵敏度高、探测参数维度多等优点,能够对低、小、慢目标以及空间目标进行远距离精确探测识别。针对低、小、慢无人机目标快速探测和精准识别的应用需求,介绍了激光微多普勒探测技术及其国内外发展现状,并在激光微多普勒调制理论模型、微动参数提取算法、一维距离高精度成像、系统与实验研究等多个方面进行了全面深入的探讨。在此基础上,对激光微多普勒探测旋翼无人机技术的研究进展进行了总结和展望。

基于CCD的激光微位移测量系统研究

介绍了一种基于多普勒效应的可进行动态微位移测量的激光微位移测量系统。该系统以He Ne激光器为光源 ,配以干涉系统移动方向判别及分频系统、CCD视频信号的高速动态采集系统、微机处理系统及干涉图处理软件包等。与传统测量方法相比 ,其精度、灵敏度及稳定性都有较大提高 ,并实现了微位移的全自动测量。

激光雷达微多普勒效应的仿真研究

为了研究激光雷达中微多普勒效应的探测及其雷达回波信号中反应目标特征的微多普勒信息的提取问题,建立了激光雷达微多普勒效应的物理模型,对应用激光雷达探测由目标振动引起的微多普勒效应进行了仿真,并对仿真信号进行了分析,由于信号的时变性,引入了时-频域联合分析的方法。采用了短时傅里叶变换方法对仿真信号进行了时频分析,得到了能够较好地反映目标特征的微多普勒图像。结果表明,激光雷达适合于低振幅微多普勒效应的探测,应用时频分析方法能够有效地从雷达回波信号中提取出目标的微多普勒特征。

转动目标微多普勒效应的激光相干探测

建立了激光雷达探测运动目标转动结构微多普勒效应的数学模型,利用这套波长为1 550 nm的激光相干雷达探测系统,展开了应用激光微多普勒效应探测运动目标的实验研究和转动特征提取的方法研究。对目标的转动部分(如直升飞机的旋转叶片)不同运动状态进行了实验研究,采用频域分析和时频分析相结合的方法,对目标仅有转动部分运动和整体平动加转动的复合运动两种情况进行了实验对比,提取了运动特征,并成功估计出了运动参数,为目标识别提供了新的方法。从实验与分析可以看出该系统探测运动目标微多普勒信息的有效性和实用性,利用激光微多普勒效应和时频分析方法可以有效地揭示运动目标的运动特征,为目标探测、分类和识别提供了重要的信息。

时频分析在激光多普勒信号处理中的应用

建立了用来检测微机电系统谐振器面内运动的激光差动多普勒系统,测量了谐振器的振动速度。在信号处理过程中,首先使用电路系统去除高频载波成分,然后基于Matlab平台,选取时频分析中的Wigner-Ville分布对采集进入计算机的多普勒信号进行分析。提取了其中的速度信息,并与用计数法处理的结果进行了比较。结果表明具有较好的效果。

双柔性平行六连杆微动平台结构的设计及测试

采用直圆型柔性铰链设计了承载能力较大的双柔性平行六连杆微纳定位平台,并对其性能进行了测试。基于柔性铰链经典刚度公式计算了直圆型柔性铰链转动刚度,推导了双柔性平行六连杆微动平台在运动方向的整体刚度函数;建立了平台的动力学模型,得到了平台的固有频率解析式。基于静动态特性优化设计了双柔性平行六连杆微纳定位平台,得到了平台的优化参数。基于激光干涉仪和多普勒激光测振仪建立了平台的静动态特性测试系统。对微纳定位平台进行了试验和测试,结果显示:刚度的理论计算值为7.92N/μm,试验值为7.44N/μm,误差为6.5%;固有频率的理论模型值为349.9Hz,实验值为342.2Hz,误差为2.3%。空载和加载为250、500、2 000、2 250、2 500g时的平台位移表明加载不均匀会对平台输出位移产生较大的影响,当加载为2 500g时,不均匀加载对位移的影响量约为均匀加载的5倍。此外,平台最大位移为56.59μm。重复定位精度测试显示,在施加电压50、100、150V时,定位平台在同一输入电压下的位移最大偏差为0.896μm。实验结果表明,建立的双柔性平行六连杆的刚度和固有频率计算模型是正确的,设计的微动平台的最大位移及精度可满足设计要求。

激光微多普勒探测运动目标复合振动的实验研究

建立了激光微多普勒效应探测系统,开展了激光微多普勒效应探测运动目标复合振动的实验研究。实验结果的频谱分析和时-频域的联合分析表明:利用激光微多普勒效应,可以有效地探测目标的复合振动,为目标的探测、分类和识别奠定了基础。

基于微多普勒效应的旋翼弦长激光探测方法研究

为实现基于微多普勒效应的旋翼目标激光探测与识别,研究了面目标旋翼对激光回波的调制作用.利用物理光学法中面元散射回波叠加原理,构建了矩形面旋翼的微多普勒激光回波模型.通过仿真,利用时频分析方法提取了异于线目标模型的微多普勒特征.机理分析证实该特征反映弦长即旋翼横向尺寸信息,据此提出了相干探测激光回波的矩形旋翼弦长计算方法.不同展弦比旋翼的回波仿真结果与理论公式吻合较好,验证了该方法的有效性.误差分析表明,与进行单一窗长条件下的短时傅里叶变换相比,利用改变窗长的方法分别提取时间、频率信息可有效减小弦长计算误差至1.58%.该模型可实现对旋翼飞行器弦长尺寸的计算,为进一步的旋翼形状探测识别提供了依据.

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。

弹载共孔径激光微多普勒目标识别系统研究

为实现对距离4km目标100Hz振动特征的提取,提出利用激光微多普勒手段增强导弹目标辨识能力的方法。设计了一种基于偏振分光的激光发射/接收/电视共孔径系统,这种能够二级稳定的系统适应于弹载环境,利用光纤选通完成光程自动补偿,实现相干光匹配,采用本振/回波信号相干法,用线宽300Hz的本振光调制后形成探测脉冲光,可提高探测距离,并避免回波与本振光因大气衰减而导致的错峰,由FPGA/DSP构建的傅里叶变换电路可获取时频曲线信号,频移为36kHz时可实现目标的辨识。

复合微多普勒效应中几种时频方法的比较

为了研究复合振动目标微多普勒信号中目标振动特征的提取问题,进行了激光微多普勒效应探测运动目标复合振动的实验研究,对实验结果的时频域的联合分析表明:时频分析方法能够较好地分析出运动目标复合振动的微多普勒特征。运用短时傅里叶变换(STFT)、Winger分布(WD)、Winger-Ville分布(WVD)和重排平滑伪Winger-Ville分布(RSPWVD)对微多普勒信号进行了时频分析,并对结果进行了比较。结果表明:重排平滑伪Winger-Ville分布(RSPWVD)能较好地揭示微多普勒信号的特征,是一种有效的时频分析方法。

2型糖尿病患者下肢皮肤微血流改变与病程的关系

目的探讨2型糖尿病患者下肢皮肤微血流改变与糖尿病病程及糖代谢控制的关系。方法应用激光多普勒血流仪对50例2型糖尿病患者(病程≤5年组24例,病程≥15年组26例)和30例对照者进行了下肢皮肤微血流的测定。下肢皮肤微血流的测定应用阻断后反应性充血(post occlusive reactive hyperemia,PORH)的方法,以左足第三趾骨背侧皮肤为测定点,应用激光多普勒血流仪(laser doppler flowmeter,LDF)记录阻断前(PORHrest)、阻断中(PORHmin)和阻断后(PORHpeak)的皮肤微血流值。微血流观察指标为PORHrest、PORHmin、PORHpeak、从开始减压到升至峰值的时间(Tp)。PORHmax=PORHpeak-PORHrest,PORHmax/Tp=(PORHpeak-PORHrest)/Tp。结果1)病程≥15年组的皮肤微血流值PORHpeak明显低于病程≤5年组,糖尿病患者2组的PORHpeak均明显低于对照组(对照组21.67±3.15,病程≤5年组16.61±6.67,病程≥15年组10.54±3.22,P均<0.01);2)病程≥15年组皮肤微血流值PORHmax明显低于病程≤5年组,糖尿病患者2组的PORHmax均明显低于对照组(对照组12.87±3.68,病程≤5年组9.76±5.89,病程≥15年组5.08±3.14,P均<0.01)。3)多元回归分析显示,糖尿病组下肢皮肤微血流PORHpeak与糖尿病病程关系最为密切(糖尿病病程的标准化回归系数为-0.575,P<0.01);下肢皮肤微血流PORHmax也与糖尿病病程关系密切(糖尿病病程的标准化回归系数为-0.533,P<0.01)。4)将50名糖尿病患者以糖化血红蛋白(HbA1c)10%为界重新分为2组,2组的年龄、性别、糖尿病病程无统计学意义(P>0.05);2组的PORHpeak、PORHmax也无统计学意义(P>0.05)。结论2型糖尿病患者下肢皮肤微血流与糖尿病病程呈负相关,短期的高血糖对下肢皮肤微血流的影响作用没有糖尿病病程的影响大。

激光微多普勒效应探测系统

建立了激光微多普勒效应探测系统,开展了利用激光微多普勒效应探测运动目标微小振动的实验研究.特征提取的结果表明:时-频分析方法适合于时变微多普勒信号的分析,能够有效地提取出运动目标的振动特征.

沟槽面对湍流边界层流动特征影响的实验研究

利用二维激光多普勒测速仪对零压力梯度下光滑面和小尺度沟槽面的沟槽及峰上部区域中湍流边界层流场进行了对比测量。笔者着重考察了在相同流动条件下两位置的平均速度、流向速度脉动强度、高阶矩以及雷诺剪应力的分布特性。实验中发现:沟槽能够增加粘性底层的厚度,减小壁面剪切力,有减阻效应。而此处的流向速度脉动的强度、高阶矩以及雷诺剪应力在距离壁面的不同区域中均有减小或降低,说明沟槽具有削弱湍流湍动的功能;而峰上部的湍流统计平均量则表现出与槽相反的结果或趋势。还讨论了该沟槽面减阻的原因。

针刺对家兔脑微循环血流量的影响

采用颅骨开窗法，应用激光多普勒微循环血流仪观察了针刺家兔足三里、曲池、人中和内关穴对脑微循环血流量的影响。结果表明：针刺足三里、曲池穴可使正常家兔脑微循环血流量显著增加，足三里穴效应较强。提示针刺治疗缺血性脑血管疾病的机理之一是通过增加脑微循环血流量，改善脑微循环。

小尺度沟槽面边界层湍流参数的测量

利用二维激光多普勒测速仪对零压力梯度下光滑面和小尺度沟槽面的沟槽及峰上部区域中湍流边界层流场进行了对比测量。着重考察了在相同流动条件下两位置的平均速度、流向速度脉动强度、高阶矩以及雷诺剪应力的分布特性。实验中发现 :沟槽能够增加粘性底层的厚度 ,减小壁面剪切力 ,有减阻效应。而此处的流向速度脉动的强度、高阶矩以及雷诺剪应力在距离壁面的某一区域中有减小或降低现象 ,说明沟槽具有削弱湍流湍动的功能 ;而峰上部的湍流统计平均量则表现出与槽相反的结果或趋势。

飞秒激光微精细加工技术与MEMS动态测试技术

本文阐述了飞秒激光微精细加工技术的原理特点，在微机械和微光学中的应用，及其在加工研究中取得的一些进展；提出一种基于计算机视觉、显微干涉及激光多普勒的MEMS的动态测试技术，实现MEMS器件平面运动幅度的快速测量、平面和离面运动的测量和离面运动的瞬态测量。

基于小尺寸Hopkinson杆的加速度计特性的研究

主要利用(小尺寸)Hopkinson杆作为加载手段,对CA-YD-125型号的加速度计进行动、静态校准。采用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值,通过积分运算法和最小二乘法的综合运用来获得准静态条件下加速度计的冲击灵敏度;利用FFT算法获得动态条件下的幅频特性曲线。试验表明,校准得灵敏度为0.07 8pC/(m/s2);工作频带内幅值在0.5 dB范围内波动。

激光测速雷达下振动目标运动状态分析与仿真

激光雷达微多普勒效应在对目标探测、识别中测量精度高、抗干扰能力强,比传统微波雷达拥有更高的空间分辨率和灵敏度。本文基于激光探测,从理论上分析了振动物体在行进过程中产生的多普勒和微多普勒效应。建立典型运动模型,通过目标信号的频移图和频谱图可以很好地观测物体运动状态、分析振动特性。最后,在simulink下进行过程仿真并验证其有效性,对目标的识别和运动特性提取起到积极的作用。