基于Root-MUSIC算法的激光扫频干涉测量方法研究

玻璃的厚度作为工业生产中的一项重要的指标,如何对其快速的测量成为了研究热点。提出采用激光扫频干涉测量方法,将采样的信号进行插值拟合,校正其拍频非线性,再通过频谱估计法获取距离信息。当测量厚度较小的玻璃时,FFT算法因受栅栏效应和频谱干涉的影响,导致难以在频谱图中将玻璃前后表面的频率区分出来。为解决该问题,采用Root-MUSIC算法处理信号,实验结果表明在FFT算法分辨临近目标频率失效的情况下,Root-MUSIC算法可以进行有效区分,运算效率也远高于MUSIC算法,且精度可达50微米左右,为解决玻璃厚度测量问题提供了思路。

基于激光测距与RFID的隧道局部定位方法研究

针对铁路隧道接触网作业平台在隧道内局部高精度要求的横纵向定位进行了研究,提出一种基于激光测距与射频识别(RFID)的定位方法;首先利用激光测距传感器实现横向定位,通过实时检测传感器数据有效性与动态组合数据实现定位与抗干扰,其次基于RFID相位提出两阶段纵向定位方法,通过第一阶段基于标签相位变化率的粗定位将定位结果限制在单个标签区间,第二阶段精定位通过基于合理约束条件的标签布置间距消除相位缠绕的影响,最终通过相位差双曲线定位实现纵向定位;实验结果表明:提出方法实现了实验环境下0.005 m的平均横向定位误差与0.07 m的平均纵向定位误差,并且具有一定的抗干扰能力,能够在低硬件成本与布置条件下满足隧道作业平台的局部高精度定位。

双纵模激光作无导轨大尺寸精密测量

介绍一种可对大尺寸工件进行无导轨精密检测的方法及装置。该装置的工作方法类似一精密测距仪。它采用了一稳频双纵模激光作为光源，其拍频频率在６００ＭＨｚ～１ＧＨｚ之间，拍频波长为５００～３００ｍｍ，稳定度为１×１０７～１０－８。该系统确定整数倍拍频波长节点的精度为０．０５ｍｍ，测量两节点间距离的分辨率为０．０００１ｍｍ。其测量范围一般为０～２０ｍ，根据需要测量范围可增至４０ｍ。

单激光器复用法提高调频连续波激光测距分辨率

可调谐激光器的调制线性度和调制范围是限制调频连续波激光测距测量分辨率的主要因素.利用单个调制范围较小的可调谐激光器对单个目标进行调频连续波激光测距时,对目标进行多次测量,再将经过等光频间隔采样的信号进行信号融合可以达到提高测量分辨率的目的.该方法可以有效降低调频连续波激光测距对激光器调制范围的要求,且容易实现、系统组成简单,有利于将调频连续波激光测距引入工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域.

高精度双干涉光路调频连续波激光绝对测距系统

调频连续波激光测距具有无盲区、非接触测量和绝对测距等优点,但是由于可调谐激光器光频率调制非线性对其测量精度的影响,限制了调频连续波激光测距在精密测量领域中的应用。针对调频连续波激光测距中测距精度受到激光器光频率调制非线性的影响,提出了双干涉光路调频连续波激光测距方法,利用两个干涉系统得到的干涉条纹数量的比值计算得到被测目标的距离,消除了激光器光频率调制非线性对测距精度的影响,实现了65μm的测量分辨率和15μm的重复测量精度。该方法无需对激光的波长进行测量,也无需对激光器进行锁频,系统组成简单,在工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域有着广阔的应用前景。

具有抗干扰功能的激光测距电路的设计与实现

传统激光测距电路大部分为模拟电路,其结构单一,抗干扰性能弱,容易产生误检问题,极大降低了激光测距的准确度。为此,设计并实现具有抗干扰功能的激光测距电路,其对OPT301光电二极管的电流进行调制,实现激光信号的调控,抑制噪声干扰。设计内光路采集放大电路的放大倍数是1000,采用RC滤波网络对噪声宽度进行压缩,限制电路噪声,并且通过共源场效应管消除噪声,提高检测精度;设计外光路采集放大电路采集远距离激光信号,通过对两级放大电路进行放大处理,提高远距离激光信号的强度,抑制噪声干扰。给出了激光测距电路系统的实现过程。实验结果说明,该电路能够对不同距离进行准确检测,具备较强的抗干扰性能和检测精度。

用于精密测量的激光测距技术研究

随着现代精密机械加工业和测试技术的不断发展,激光测距技术以其测量精度高、速度快、抗干扰能力强的特点不断应用到精密测量过程中。激光测距方法也成为测试计量学科研究的主要领域。本文简述了激光测距技术的传统方法和最新方法。

测量透镜曲率半径的一种简易方法

利用扩束后的激光照射在平凸透镜上 ,由透镜两表面反射形成的非定域干涉 ,测凸球面的曲率半径 R。

下一代高精度卫星重力测量技术研究

以下一代高精度卫星重力测量为背景,针对低低卫卫跟踪模式与卫星重力梯度测量模式,论述了下一代低低卫卫跟踪和下一代重力梯度测量卫星方案。下一代低低卫卫跟踪重力卫星采用纳米级星间激光测距替代原微波测距,同时降低轨道高度以提高重力场敏感度。下一代重力梯度测量卫星采用原子干涉重力梯度仪替代静电重力梯度仪,原子干涉重力梯度仪在空间有超高的潜在灵敏度,可进一步提高卫星重力梯度测量的精度。同时,突破现有牛顿力学框架下的卫星重力测量技术,提出了基于广义相对论引力钟慢效应的卫星重力测量技术概念,卫星遍历地球周围空间时,通过测量星上时钟频率变化获取全球重力分布。仿真结果表明:三种新型高精度卫星重力测量技术可恢复200~305阶的全球重力场模型。

脉冲激光测距回波信号时间选通处理技术

为了降低高重频脉冲激光测距回波信号的误识别率,提高测距性能,对高重频脉冲激光测距回波信号调理技术进行深入研究。采用FPGA作为主控芯片,产生激光调制脉冲,并根据被测距离3.33μs^33.33μs时间选通方波信号,驱动开关芯片产生与量程关联的时间波门,有效滤除脉冲回波中的干扰脉冲,该方法改进了常规脉冲激光测距信号处理系统的自动增益控制环节。测试实验结果表明:在脉冲回波信号60 dB的动态范围内,可有效滤除回波信号中引入的干扰脉冲,极大地降低了干扰脉冲误识别造成粗大误差的可能性。该方法可推广应用于脉冲激光测距信号处理系统,使系统测距精度提高12.6%。

基于相位补偿的调频连续波大长度测距中的色散校正

基于调频连续波测距的原理搭建并改进了双光路调频连续波测距系统,在测量光路增加光纤延迟线使测量距离拓展到了65 m.还研究了等光频重采样中色散的影响,推导出了带有色散和光纤延迟线的重采样模型,提出了在调频连续波大长度测距中通过频率幅度来调节相位补偿系数的色散校正方法.实验表明,在45~65 m的范围内增加了光纤延迟线并且有效的校正了色散,校正色散后在65. 165 m处测距值与干涉仪测量值最大误差小于500μm,标准差为246μm,频谱分辨力高达123μm,十分接近理论分辨力.文章的研究为调频连续波大尺寸测量提供了可行性的参考.

激光对红外成像反舰导弹的对抗能力分析

首先从导引头激光接收功率密度是否大于其饱和阈值的角度推导出激光最大干扰距离的表达式,并将其与激光直视距离比较取小提出激光对抗距离的上限;然后从受干扰后的导弹是否还对目标构成威胁的角度推导出激光对抗距离的下限;接下来对影响激光对抗距离范围的各个因素分别进行分析;最后结合告警装置作用距离对激光对抗武器系统的响应时间进行了规定。分析结果表明:增强舰船机动性、增大激光器输出功率、增大发射望远镜孔径、改善激光光束品质、缩短系统响应时间能够有效提高激光武器系统对抗红外成像制导导弹的能力。

背景光作用下脉冲激光测距仪的设计

针对光电探测器受环境背景光干扰导致脉冲式激光测距仪测量精度下降的问题,结合激光测距系统的应用环境,构建背景光干扰下光电探测器的探测模型,分析了背景光引起的干扰对探测系统的影响。在此基础上,分别在发射、接收、光学部分进行有针对性的选型设计,从而达到抑制噪声光功率的效果。同时还提出了一种简化发射时刻鉴别电路的新方法,不仅缩小了电路结构,且易于实现。实验证明,系统在满足设计要求的条件下能有效的避免背景光的干扰,提高了系统的稳定性,且精度<5cm。

基于改进支持向量机的激光测距干扰数据分类

传统采用机器学习方法对激光测距干扰数据实施分类,其将经验风险最小化当成优化目标,对海量点云数据的分类效果同真实结果间的偏差较高,受到非线性以及维数灾难的干扰,容易产生局部极小点问题。因此,提出基于改进支持向量机的激光测距干扰数据分类方法,基于激光点云对象原始特征,分析器邻近点群以及上下文语义环境,基于激光点云空间特征以及局部几何特征,获取点云对象的17个特征组成点云特征向量,进而塑造支持向量机分类模型,通过粒子群优化算法对该模型参数实施寻优操作,实现分类模型的改进,提高激光测距数据分类精度。采用改进支持向量机分类模型获取存在单类数据的最小球形边界,采用该边界对干扰数据实施分类,通过最小闭包球算法对支持向量机分类模型进行大数据分类优化求解,完成激光测距干扰数据的准确分类。实验结果说明,所提方法具有较高的适应度,分类效果好,取得令人满意的效果。

水下飞秒双光梳高精度测距算法设计与实现

水下飞秒双光梳高精度测距是实现大量程、高精度水下激光测距的有效途径。本文提出了飞秒双光梳的水下高精度测距方法,基于飞秒双光梳光源和双干涉光路,配合水折射率的实时修正,实现水下高精度测距。同时基于飞秒双光梳测距算法,按照软硬件协同的设计方式,设计了水下双光梳测距算法结构,完成了嵌入式系统的开发与实现。实验结果表明,本文研发的飞秒双光梳水下测距系统在30m的范围内能够实现水下测距误差优于150μm。

强电磁条件下山区软基变电站变形监测技术应用研究

针对变电站变形监测技术现状的不足,选取昭通某220kV变电站开展强电磁条件下变形监测技术应用研究。现场监测分别采用北斗卫星定位技术、激光测距技术、倾角计、雨量计进行。取得研究成果如下:(1)强电磁干扰已对全球导航卫星系统(GNSS)的监测精度产生严重影响,若不能有效降低电磁干扰影响,GNSS位移监测的结果将不能直接用于变电站基础变形监测分析。(2)基于变电站电磁场强度探测,提出一种强电磁场环境下提高变电站GNSS沉降监测精度的监测点位设计及实施方法,将使用电子元器件的监测点布置在电磁场强度相对较弱的部位,以减小电磁场干扰及监测误差。(3)首次将低成本高精度的激光测距技术引入变电站水平位移监测中,并成功实施。项目研究成果为山区软基变电站变形监测增加了新的技术手段,可提升变电站工程质量和管理水平。

一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距新方法的理论分析

本文提出了一种双光梳多外差大尺寸高精度绝对测距的新方法,结合基于双光梳互相关的多外差距离测量和基于重复频率的梳间拍频距离测量,在不需要依靠脉冲飞行时间先验判断以及扫描重复频率或扫描参考光路的前提下实现km量程高精度绝对测距.文章在光梳基本原理和测距方案的基础上,建立了基于双光梳的大尺寸距离测量链理论模型,讨论了多外差最低谱线和光梳重复频率稳定度对测量结果的影响,并进行了大量仿真计算;仿真结果表明,在理想相位解调精度的前提下,该方法的测距误差优于±50pm,且多外差最低谱线的频率偏差对测距造成的影响远低于多外差测量的测距分辨力,验证了该方法能够用于开展大尺寸高精度绝对测距研究.

窄线宽激光在光学谐振腔腔长精密测量中的应用

提出了一种利用窄线宽激光作为测量光源,对光学谐振腔自由光谱区、腔内共振激光波长进行精密测量而得到光学谐振腔腔长的方法。对光学谐振腔腔长的测量理论进行了严格推导,通过理论模拟对测量条件及结果进行了分析讨论。以自行研制的线宽为1.9Hz、频率不稳定度为1.7×10-14 s-1、中心波长为1550nm的窄线宽激光作为光源,对长度约100mm的光学谐振腔腔长进行了精密测量。对光学谐振腔自由光谱区进行测量,得到其腔长为0.10024407m、精度为22nm;对光学谐振腔腔内共振激光波长进行测量,得到其腔长为0.1002440884m、精度为0.21nm,精度相对提高了2个量级。提出的方法有望促进基础物理研究、材料的物理属性精密测量及光纤传感等领域的发展。

基于自适应滤波机理的脉冲激光近程探测云雾干扰滤波方法

针对云雾环境对激光近程探测系统测距精度的影响,提出了一种变步长自适应滤波方法。首先结合脉冲激光近程传输理论和Mie散射理论,建立脉冲激光云雾传输后向散射模型,在此基础上甄别、分离出云雾环境下脉冲激光回波的干扰信号;然后根据干扰信号的特征,采用自适应滤波方法滤除云雾干扰回波信号,研究了云雾干扰下激光回波的脉宽、峰值和回波时刻这三种随机干扰因素对滤波性能的影响;最后在实验室云雾环境下验证了所提滤波方法的效果。结果表明:在不同的激光回波脉宽、功率以及回波时刻下,所提自适应滤波方法具有良好的滤波效果和抗干扰性能,能有效提高脉冲激光近程探测系统在云雾环境下的测距精度。

一种调频连续波干涉激光光源非线性校正方法

针对半导体激光光源连续调频时光学频率呈非线性变化的问题,提出一种电流节点校正方法。建立激光器驱动电流节点与实际拍频信号极小值点位置的关系,根据实际与理想信号极值点之间的位置偏差,对电流节点参数进行补偿,经过多次迭代实现激光器的调频非线性校正。通过搭建光纤调频连续波激光干涉测距系统,利用电流节点校正法实现DFB半导体激光器的调频线性化输出,并进行测距实验。结果表明,该校正方法简单有效,测距结果标准差小于11μm,800 mm测量范围内线性度达0.03%,可广泛应用于调频连续波干涉。