高精度激光测距机信号内插处理方法

文章从激光测距机信号处理的角度,探讨了用直接计数与模拟内插相结合的方法以提 高测距精度的技术途径,并给出了试验过程与试验结论。     

异步应答激光测距技术测量精度实验

异步应答激光测距与传统反射式激光测距相比,接收激光功率仅与距离的2次方成反比,可极大地提高卫星激光测距的作用距离,并可实现星地时差测量.该技术自提出以来一直是激光测距的重点研究方向,但目前尚未应用于卫星激光测距领域.为了验证该体制的工程可行性,掌握测量精度,文中设计并开展了地面演示验证试验,利用两台地面激光器分别模拟位于地面和航天器的终端,充分模拟真实情况下的星地异步应答激光测距.结果表明:异步应答测距体制方法可行,可用于两终端之间距离和主波时差的精确测量,其测距精度介于两个测距终端对应的反射测距精度之间.     

差分信号时刻鉴别法的脉冲激光测距技术分析

高精度的脉冲激光测距系统一直都是激光测距领域的研究热点之一。测距误差的存在直接影响了激光测距精度的结果,利用差分信号时刻鉴别法的研究未见报道,因此对差分时刻判别法的研究具有重要意义。为了研究这一问题,对影响脉冲激光测距精度的因素进行了分析,可以认为幅度时间游动效应和上升时间游动效应产生的时间晃动是影响测距精度最主要的因素。通过分析可以看出,所设计的差分信号时刻鉴别电路能够有效提高测距精度,达到了设计要求。在实验测试中,差分信号时刻鉴别电路对70 m内不同距离的单次测距误差保持在9 mm以内,相比之下单端信号时刻鉴别电路的单次测距精度范围为[-12 mm,11 mm]。实验结果表明同单端信号单次测距误差相比,测距精度有了明显的提高。该方法可以为现有的如何提高脉冲激光测距精度技术提供参考价值。     

基于不同伪随机码调制的半导体激光测距系统

针对半导体激光测距机无法同时满足小型化、远距离的要求,在半导体激光测距体制中,提出了视频积累和相关检测相结合的数字信号处理方法,在延时的方法下对不同伪随机序列的测距实验与m序列伪随机码进行对比。仿真结果表明,在相同的10 W峰值功率条件下,m序列既能保证测距精度,同时还具有更好的信噪比,这有助于提高半导体激光测距机的测距性能。     

干涉解调鉴相测距法

针对相位法激光测距技术中其测量精度与测量范围 不能够同时兼顾问题,提出干涉解调鉴相测距系统。经过理论推导与实验验证表明,干涉解 调鉴相测距系统中的 偏振光干涉解调的方法能够代替传统的模拟鉴相系统,简化了模拟鉴相电路,减小了鉴相系 统中的附加相 移噪声;小步进改变调制频率扫频的方法能够解决相位测距系统中的模糊距离问题;干涉解 调鉴相测距系 统的测距精度能够达到10－5量级。     

时间间隔测量系统用于激光测距及其误差浅析

文中从影响激光测距精度的因素分析入手,提出了最具影响力的因素,阐述了提高测距精度的途径和方法,简要介绍了时间间隔测量（T.I.M）系统及其关键技术之一－－模拟扩展器的工作原理,从理论和实例两方面分析了引进该技术对提高测距精度的实际效果,分析了其中的利弊和应注意的问题。     

微脉冲激光人卫测距技术

微脉冲激光测距技术是新一代激光人卫测距系统所采用的距离测量技术。它与常规激光测距机的最大区别是激光信号探测方式的不同。它采用光子计数的探测方式,利用大量数据的统计特性来提取距离信息,比直接利用信号本身特性来判断信号的有无具有更高的灵敏度。微脉冲激光测距机主要应用优点是作用距离远,使用安全性好、系统可靠性高,最适于人卫测距、远程测距、大气激光雷达等应用领域。     

基于不同伪随机码调制的光纤激光测距系统

在高速伪随机码调制和光子计数技术的激光测距系统中,采用不同的伪随机码,在光纤延时的方法下开展了基于不同伪随机码调制的测距实验并与M序列伪随机码进行对比。结果表明在相同的入射条件下,M序列伪随机码具有更好的信噪比和测距精度。搭建了实际测距平台并开展了室外测距实验,在10阶M序列伪随机码,1GHz调制速率,发射光输出峰值功率12.1W,测量768.5m远的目标时,得到3.2cm的测距精度。     

基于回波信号插值重建的峰值判别技术

在脉冲式激光测距技术中,测量距离和目标反射特性变化等因素会引起微弱回波信号的峰值判别误差,造成激光飞行时间的测量误差,峰值判别误差是影响激光测距精度的主要因素之一.针对激光测距中微弱回波信号不规则引起的峰值判断精度低的难题,采用FPGA控制采样电路对回波信号进行高频采样,通过软件对采样数据进行插值重建,根据重建图形判断出回波信号的峰值点位置作为计数停止点,有效提高了回波信号峰值判别精度.实验证明:采用该项技术的激光测距机能够达到0.1 m测距精度.     

空间目标激光测距技术发展现状及趋势

激光测距技术是空间目标轨道测定精度最高的手段,有利于实现空间目标高精度测量和监测,提高目标轨道预报精度和航天器机动规避能力。本文介绍了国内外漫反射激光测距技术、空间碎片激光烧融项目及一发两收测距技术的研究进展,提出了提高激光器功率、高重频测距、白天测距技术、发展阵列探测器等关键技术的发展趋势以及在碎片清除领域的应用前景。     

大量程脉冲激光测距仪性能检测方法

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时,使得距离模拟与能量模拟自成回路,实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明:设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟,回波延时精度优于2 ns,最大测程的测准率可达90%,满足了激光测距仪性能测试的检测需求。     

一种小型高精度脉冲式半导体激光测距仪

介绍了一种小型、低成本的脉冲式半导体激光测距仪,该测距仪采用了定比例鉴别(CFD)和时间放大技术,有效地减少了因接收信号辐度变化而引起的漂移误差和晶振时钟计时的误差.当接收脉冲信号辐度在0.2-2.2V范围内变化时,该测距仪可获优于±7cm的单次测量精度.     

激光多周期测距方法

介绍了脉冲激光测距的工作原理，分析了脉冲激光测距存在的问题。在此基础上提出了激光多周期测距方法，即用接收到的回波信号驱动发射激光主波脉冲，从而形成振荡，通过测量多个周期内的时间积累后取平均而计算距离的一种方法。阐述该方法的基本工作原理，并就提高测量精度的方法和影响因素进行了分析。给出了实现该方法的系统组成框图，分析了提高其精度的关键技术，实验证明该方法是一种成本低，测量速度快，精度高的短距离测距新方法。     

激光测距仪距离模拟源技术研究与精度分析

在对激光测距仪进行性能测试时,需要输入高精度、稳定且可调的仿真距离测试值.对激光测距仪的地面距离模拟源技术进行了研究,设计了集成激光接收和发射单元的距离模拟源系统,通过使用同步时钟计数的方法实现长度可实时输入的延时,以模拟激光测距仪从激光发射到接收激光回波间的时间间隔,并对影响距离模拟精度的系统误差和随机误差源进行了分析和计算,最后通过高精度时间间隔测量装置对距离模拟源进行了实际模拟精度的测量,验证了距离模拟源提供的距离值的绝对精度和相对精度.     

高精度激光动态测试技术研究

在星载激光测距仪的研制过程中,如何通过地面检测方法对 测距仪的各项性能指标进行测试,是一项重要的工作内容。根据脉冲式激光测 距仪的工作原理,设计了一套基于光电延时法的高精度动态测试系统,并对影响系 统精度的系统误差进行了分析,最终实现了对激光测距仪测距精度的测量。与传 统的测试方法相比,该方法具有模拟距离动态范围大、精度高等特点。实验结果表明,这种测试系 统的模拟距离范围可达15 m～30 km,模拟精度优于0.15 m。由于操作简易且实用性强,该系统可以满足 目前各种激光测距仪的测试需求。     

高精度激光动态测试技术初探

激光测距仪在研究过程中,主要是通过地面检测方法对测距仪的性能指标等加以测试研究,在整个工作过程中也是重要的工作内容.根据激光测距仪的基本工作原理,再设计出高精度激光动态测试系统,综合分析影响高精度的误差因素等,最终能够实现对激光测距仪的精度测量.相比起传统测试方法而言,激光测距仪具有以下两种特点:其一,精度高;其二,模拟距离动态的范围比较大.研究结果表明,高精度激光动态测试系统距离范围能够达到16m~28km,模拟精度超过0.16m.高精度激光动态测试系统在操作过程中既简单又方便,除此之外,具有比较强的实用性.高精度激光动态测试系统能够满足现阶段各种激光测距仪的基本需求.     

远距离低盲区脉冲激光测距的实验系统

测距能力和测距盲区是脉冲激光测距系统中亟待解决的一对矛盾。本文介绍了远距离低盲区脉冲激光测距实验系统的基本组成和工作原理。通过对各种脉冲飞行时间测量方法的比较,确定采用延迟线数字插入法完成脉冲飞行时间的测量,从而保证系统的精度、测程和分辨率。同时,对测距盲区产生的原因进行了分析,提出了引入自动功率调节模块降低测距盲区的方法。系统利用雪崩光电二极管APD作为光电接收器件,采用软硬件结合的智能温度补偿方案对APD进行温度补偿。     

利用TDC-GP21的高精度激光脉冲飞行时间测量技术

采用微小时间间距测量芯片TDC-GP21设计实现了高精度激光脉冲测距系统。详细论述了TDC-GP21的工作流程与外围电路,研究了光信号接收与放大电路,并对跨阻放大器理论进行了详细的理论论述与分析。同时,讨论了三角波定比延时脉冲时刻鉴别法,降低了系统对激光器回波信号幅度变化的要求。经实验测试获得了厘米量级的激光脉冲测距系统。系统结构简单,可实现程度高,精度高,功耗低,体积小,可以满足高精度距离测量需求。     

双栅场效应管混频器在相位法激光测距中的应用

相位法激光测距机采用混频移相测相的方法来测量本地发射信号与接收的回波信号之间的相位差,通过相位差计算测量距离.由这个原理可知,当对测量精度要求较高时,对高频下的混频器的两路输入信号隔离度的要求也提高了.采用双栅场效应管作为相位法激光测距机的混频器,能达到很好的混频效果,可有效地克服由于混频器隔离度不够高造成的混频干扰,为高精度的距离测量提供了必要条件.试验验证了电压隔离度在27 dB（500倍）以上,适合做高精度相位法测距机的混频器.