相干多普勒测风激光雷达研究

研制了一套用于大气风速测量的1.064 μm全固态相干激光雷达系统。该系统采用种子注入 Nd∶YAG脉冲单频激光器作为光源。激光的脉冲能量为0.5 mJ,脉冲宽度(FWHM)为80 ns。 利用40 m处的转轮进行了硬靶速度校正实验(速度测量误差的方差为0.23 m/s),并对大气视向风速进行了测量(探测距离可 到达400 m)。在对系统进行初步优化后,获得了30 ～ 870 m的视向风速分布曲线。     

高精度1.55μm全光纤激光相干测速实验及数据分析

介绍了一种高精度1.55 μm全光纤激光相干测速实验系统.实验系统采用光纤激光器作为激光源,利用光纤环行器与望远镜构成收发合置的光学天线,所有光学器件由单模光纤连接.数据处理采用快速傅里叶变换(FFT)频谱分析方法检测信号多普勒频移.利用该系统对转盘进行多次测速实验,速率测量的相对误差小于0.2%.同时对基于光纤激光器...     

高光学效率相干多普勒激光雷达的测风性能分析与测试

近期研发了一套高光学效率全光纤化相干激光雷达设备,可用于风场的实时探测。该相干激光雷达工作于1.55 m波段,望远镜直径50 mm,时间分辨率和距离分辨率分别是1 s和30 m。系统集成了光纤结构的接收单元、可编程扫描模式的两轴扫描头及一个用于实时信号处理的多核数字信号处理器。对系统的测风性能进行了理论分析并同实验结果进行了对比,验证了系统测量距离达到5 km。之后,通过将激光雷达与超声波风速仪数据进行对比验证系统的测量精度。经过数据分析水平风速相关系数达0.980,标准差为0.235 m/s,风向数据相关系数达0.993,标准差为3.105。表明该相干激光雷达具有优良的性能,可以应用于大气边界层内的风场探测。     

连续相干探测激光风速仪设计与测试

为实现近距离风场的精确实时观测,基于连续相干探测技术,选取人眼安全的1.55 m为工作波长,设计了一台激光风速仪。系统光路采用全光纤结构增强运行稳定性,望远镜采用同轴透射式结构,有效口径为70 mm,测量光束聚焦距离为80 m。利用A/D采集卡上板载现场可编程门阵列芯片处理大气回波信号,并设计了谱质心算法估计径向风速,提高了系统运行的精确性和实时性。长期径向风速测量结果表明,所设计激光风速仪输出信号稳定,时间分辨率为1 s,风速测量范围下限约为0.915 m/s。与一台校准过的脉冲相干测风激光雷达进行对比实验,两设备测得风速数据相关系数为0.997,标准差为0.090 m/s,最大相差0.480 m/s。     

激光多普勒测速及微机数据处理

本文设计了一套激光多普勒测速系统,并对该系统作了理论分析和计算。系统可与微机接口,并对固体表面速度进行了实时、快速和准确测量。系统动态范围为1m/s～12m/s,精度达±6%。实验结果表明:实验值与理论计算符合得较好。     

1.06 μm多普勒激光雷达的低对流层风场测量

介绍了一套基于双边缘检测技术的1 064 nm Mie 多普勒测风激光雷达系统。采用Farbry?蛳Perot标准具作为频率检测器，分析了风场中大气气溶胶运动造成的多普勒频移。利用转盘硬目标的速度校准系统对接收机校准，在±40 m/s的径向速度范围内，校准精度小于1％。给出了从2006年4月23日起连续八天的风场测量结果。     

基于光纤噪声抑制系统的1.5μm超稳激光系统比对

搭建了一套光纤相位噪声抑制系统。通过环外自拍频,得到噪声本底的秒级频率稳定度为6.8×10~(-18),2000s平均时间后达到2.3×10~(-19)。利用该系统可实现窄线宽激光频率在1.6km实际光纤链路中的传输,传输后环外自拍频信号的秒级频率稳定度可达1.2×10~(-17)。基于连接两个实验室的808m实际光纤链路,将此系统应用于1.5μm超稳激光的比对,通过拍频测量得到激光线宽为(0.54±0.15)Hz,秒级频率稳定度为1.2×10~(-15)。     

多普勒激光雷达及其单纵模全固态激光器

设计一套测量大气风场的多普勒激光雷达系统,以种子注入的单频、高重频、脉冲紫外全固态激光器为发射光源,采用两种直接探测技术获取高低空大气风场。基于费索干涉仪（Fizeau）的条纹图像技术获取边界层和低对流层大气风场,基于双法布里珀罗干涉仪（DFP）的双边缘检测技术获取高对流层和低平流层风场。研制的单频全固态激光器输出100 Hz、30 mJ的单纵模脉冲激光,输出线宽达到傅里叶转换极限。报道了测量原理和数值模拟结果、实验样机和系统技术参数。系统将用于移动式高低空大气风场测量。     

双纵模He-Ne激光器的多普勒测速系统

为了进行高速及超高速测量,提出了一种基于双纵模He-Ne激光器的多普勒测速结构。阐述了双纵模激光多普勒测速的基本原理,设计了系统的光路结构,并运用数字滤波、数字自相关技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验结果表明:双纵模激光多普勒测速系统利用相邻两个纵模的拍频作为基频大大减小了比例因子,解决了系统进行高速及超高速测量的难题;数字滤波去除直流基底和部分噪声;自相关技术进一步抑制噪声,提高了信噪比,便于精确提取多普勒频率。测量了高速转盘上待测点切向运动的速度,测量结果的重复性精度优于0.8%。     

激光干涉仪在微型爆炸容器研究中的应用

介绍一种利用现代光通讯技术发展的单模光纤和光纤无源器件,以及半导体激光光源和高速半导体探测器构成的激光干涉测试系统,该系统可实时测量高频条件下微弱质点的速度和位移.对步进电机及冲击加载条件下,花岗岩表面的粒子速度及位移进行了测量.实验结果表明:该系统工作稳定,可用于高频发散弱应力波的检测;具有非接触测量、不用埋入、不干扰目标运动,测试精度高等优点.     

光子多普勒速度测量系统的数据处理技术

光子多普勒速度测量（PDV）系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动的测量。数据处理是PDV测速技术重要的组成部分,旨在从含有大量噪声的测量数据中获得靶面等运动体的速度信息。在分析PDV系统测速原理的基础上,分别采用条纹法、短时傅里叶变换法和小波变换法对激光冲击强化实验中自由靶面运动的PDV数据进行了处理。针对其中的去噪、奇异点、小波基的选择等问题,提出了一些独特的处理方法。同时,对3种处理方法的误差、实时性、有效性进行了比较。     

一种改进的步进频率雷达信号的运动补偿研究

为解决步进频率雷达一维距离像失真和运动补偿的问题,提出了一种精确的速度估计方法。文中首先阐述了步进频率信号的改进原理及其处理方法,该方法先使用互相关FFT测速法对目标速度进行粗估计,然后再以最大脉组乘积求和为准则搜索精确速度,最后实现对运动目标的速度补偿从而得到精确的一维距离像。仿真结果表明,在信噪比为-4dB的时候仍能得到准确的结果,改进后的信号性能有了很明显的改善,一维距离像不会随目标的运动而产生失真,该运动补偿方法具有估计精度高、抗噪性能好的优点。     

激光多普勒移频特性研究

为了提高激光多普勒测速系统的性能,增强系统与应用场景适配性,文中对比电光和声光两种主要移频器件的特点,从器件移频原理出发,提出了简化频率变换关系的分析方法,从理论上研究激光多普勒测速系统中两种器件产生的移频特性,搭建铌酸锂电光调制和声光移频全光纤激光测速系统链路,将测试频率特征与理论特征进行对比研究,提出一种新型声电混合调制激光多普勒测速系统。结果表明,该新型系统兼具声光移频测速系统可测量运动目标运动方向、运动速度,完成电光调制测速系统多频率校正的特点,频率测量相对误差较小,动态范围大。通过研究两种移频方式对频率特性,为设计高性能激光多普勒测速系统提供了理论和实验支撑。     

基于北斗三号卫星非差多普勒观测信号的优化测速模型

针对运动载体速度估计方法精度不足、模型复杂等问题,提出了一种精度高、模型复杂度低的基于北斗三号卫星非差多普勒观测信号的优化测速模型。该模型利用北斗三号卫星原始数据,使用复杂度低的多普勒测速模型估计载体速度。为提高测速精度和解算效率,首先对原始模型线性化处理,然后依据载体航向与其速度矢量的相关性增加松约束。用北斗三号卫星实测数据验证了该模型的测速精度,评估了该模型的适用性。实验结果表明,载体静止时,优化多普勒测速精度可达cm/s级甚至mm/s级,在与原始多普勒测速的对比中,水平方向测速精度提高60%左右,解算时间缩短24%;载体运动时,增加航向约束的多普勒测速精度与原始多普勒测速相比,北、东方向测速精度可提高14%～21%,解算效率提升大约20%。     

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。     

Capabilities of Dual-Frequency Millimeter Wave SAR With Monopulse Processing for Ground Moving Target Indication

Ground moving target indication (GMTI) for synthetic aperture radar (SAR) provides information on nonstatic objects in radar imagery of a static ground scene. An efficient approach for GMTI is the use of multichannel SAR systems for a space- and time-variant analysis of moving targets. This allows the indication, correction of position displacement, and estimation of radial velocity components of moving targets in a SAR image. All three steps are possible due to a determinable Doppler frequency shift in the radar signal caused by radial target movement. This paper focuses on the millimeter wave (mmW) SAR system MEMPHIS with multichannel amplitude-comparison monopulse data acquisition and the ability to use carrier frequencies of 35 and 94 GHz simultaneously, making it a dual-frequency SAR. This paper includes mmW-specific SAR GMTI considerations, an adaptive algorithm to collect velocity and position information on moving targets with mmW monopulse radar, and a discussion on GMTI blind speed elimination and target velocity ambiguity resolving by dual-frequency SAR. To determine the capabilities of both, system and algorithm, three large-scale experiments with MEMPHIS in different environments are presented     

基于双天线回波互相关的切向运动目标检测

常规雷达探测仅处理单一天线回波,难以通过径向多普勒频率对相对于雷达切向运动目标进行检测 和速度估计,为解决这一问题,文中提出了一种基于双天线回波互相关的切向运动目标检测方法,首先计算多周期 不同接收天线互相关后得到的相位变化信息,后利用选带快速傅里叶变换(Zoom Fast Fourier Transform, ZFFT)获得 两天线回波波程差的变化频率,然后通过该频率较为精准地估计了切向运动目标速度,最后用恒虚警率检测器实现 对目标的检测。为验证算法检测精度,仿真实验了有无噪声环境、不同目标数目的情况,并进行了实际场景测试。 实际测试使用载频10 GHz 的雷达对垂直雷达波束运动的切向运动目标进行检测,检测结果表明对目标的速度估计 误差小于0. 5 m/ s。     

基于DSP和FPGA的望远镜伺服控制系统设计

针对交流永磁同步电机驱动的大型望远镜的高精度、低速平稳运行问题,研制了一套基于浮点数字信号处理器（DSP）和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的驱动控制器。该控制器以DSP 作为主控制器,FPGA 作为协控制器,主控制器完成控制算法、接受指令等功能,协控制器实现PWM 产生、电流采集、速度检测等功能。根据永磁同步电机矢量控制原理建立了永磁同步电机的数学模型,进行了永磁同步电机控制器的硬件设计;在硬件设计的基础上,采用自适应PI 对望远镜的低速控制性能进行了研究。实验结果表明:当望远镜以32.4 （）/s 匀速运行时,速度波动范围为0.648 （）/s;当对望远镜做最大速度为1（）/s,最大加速度为1（）/s2 的正弦引导时,最大引导误差为9.72 ,引导误差RMS 值为3.24 ;该驱动控制系统能够实现望远镜的低速平稳运行,满足大型望远镜伺服控制系统的性能要求。     

一种便携式伪随机编码超宽带人体感知雷达设计

该文提出了一种便携式伪随机编码超宽带人体感知雷达的设计方法。人体感知雷达主要包括对运动人体目标进行跟踪以及对静止人体目标的呼吸频率进行提取。为了获得较强的穿透能力与较好的距离分辨率,采用了载波为800 MHz的m序列作为雷达发射信号。为了减小雷达系统尺寸,采用高速DAC与FPGA直接合成m序列调制信号,发射信号的平均功率为5 dBm。接收机具有两个混合采样接收通道,第1通道用于实时获得参考码,第2通道用于接收雷达回波。为了提高雷达系统扫描率,采用FPGA内部的多个DSP内核级联来实现脉冲压缩的并行计算。另外,动目标跟踪算法与生命探测算法在Intel处理器内运行,将探测结果传给头盔上的微型显示器进行显示。最后,通过穿墙实验表明,该雷达能实时跟踪墙后16 m内的动目标,同时能提取墙后14 m内静止人体的呼吸频率。      

红外望远镜变步长自动对焦设计

在远距离目标检测和跟踪的过程中,成像清晰起着至关重要的作用。红外望远镜系统的成像距离远、景深短、失焦引起图像模糊。由于大气折射,望远镜所成的像处于不断变化之中,造成传统对焦算法对焦成功率、效率偏低。为了提高自动对焦的成功率和速度,采用了一种具备变步长的爬山法,利用多次求图像清晰度取其中位数的方法保证清晰度评价的准确性,利用带动量和加速度的爬山法降低了对焦过程中的不稳定性,减少了粗对焦过程所需的步数。算法在实际中波红外望远镜系统中得到应用,实验结果表明,该算法在粗对焦阶段所需的对焦步数比传统爬山法减少了12.8%,满足红外望远镜系统的需要。