采用高速伪随机码调制和光子计数技术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,将1 550 nm光纤激光器的伪随机码调制速率从622 MHz提高到1 GHz,利用光纤延时方法开展了两种调制速率下的测距实验并进行性能验证和对比。采用10阶M序列伪随机码和探测效率为10%的同一个InGaAs/InP雪崩光电二极管,入射到探测器的信号光能量均为1.9410-17 J时,得到二者的系统信噪比基本一致,但在高调制速率下系统的测距精度提高了1.58倍,基本符合理论计算结果。搭建了实际测距平台并开展基于1 GHz调试速率下的室内测距实验,当测量距离约为4.5 m的高反射目标时,得到2.1 cm的测距精度,该实验结果为室外测距实验提供了参考依据。     

基于伪随机码调制和单光子计数的光纤激光测距研究

开展了基于伪随机码调制和光子计数的1550 nm光纤激光测距技术研究,研制了一套测试实验系统。为了克服常规InGaAs单光子探测器由于抑制后脉冲而导致的探测速率低的问题,系统采用离散放大光电探测器作为单光子探测器件,单光子探测速率可达100 MHz。在室温,偏置电压53 V,伪随机码序列长度81.91μs时,系统探测灵敏度可达-83.6 dBm。在不同信号功率及伪随机码序列长度情况下,对系统性能进行了测试。在伪随机码序列长度163.83μs,信号平均功率-78.6 dBm时,系统测距精度可达12.7 cm。根据实验结果,推算出一套星载条件下的系统参数。     

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。     

伪随机码调制的高精度星载激光测距雷达

伪随机码调制激光测距系统通过发射高阶调制激光,实现高频率、低峰值功率探测,利用高频率探测和统计实现高信噪比,具有系统体积小、质量轻的特点,是一种适合远距离的激光雷达系统。但是测距精度与调制频率有关,以往研究中通常使用高调制频率实现高精度测量。文中研制了一台伪随机码调制的激光雷达样机,采用调制重复频率100 MHz、入瞳直径0.1 m的光学天线,通过对周期内回波信号进行高斯统计,在信噪比为5时的实验室环境下实现了0.1 m的高精度测距。通过理论和试验分析证明了通过提高时钟频率和信噪比可以有效提高测距精度。     

一种伪随机码调制雷达的距离解模糊方法

介绍伪随机码调制信号的产生和伪随机码测距存在距离模糊的原因，提出一种双码钟解模糊方法，以达到在不影响雷达快速捕获性能和雷达精度的前提下，实现距离的解模糊。     

基于伪随机码调制的测距通信一体化激光雷达

由于自主导航等领域对激光雷达的需求,构建了基于伪随机码调制的测距、通信一体化激光雷达。该系统具有功耗低、体积小、多功能的优点。该系统采用伪随机编码的方式,实现了测距与通信的功能复合,采用硅光电倍增管进行光子计数,实现了系统的小型化。详细介绍了测距、通信一体化的设计原理、系统组成、仿真分析和实验结果。实验结果表明,在日光条件下,对反射率为0.1的目标实现了1 km的测距,测距精度小于1 m,实现了码率为10 kbps,误码率小于10-5,距离3.7 km的通信。     

基于幅度调制的连续微波雷达测距研究

为实现实时快速的全天候、高精度、大范围测距,该文提出了基于幅度调制的微波雷达测距方法。在分析主要微波雷达特点的基础上,深入探讨了该方法测尺频率和测距范围、精度之间的数学关系,并利用调制在高频载波的低频信号满足大范围测距需求,采用基于测时技术的高精度测相方法实现高精度与高速度测距,并基于混频器、测时芯片TDC-GP2等器件搭建了雷达实验系统。实验表明,基于TDC-GP2测相单元的测相精度达(2.7110-4),并在2.4 GHz载波、150 kHz调制信号的条件下,对3.0～4.1 m内目标的测距实验证明了系统具有1000 m大范围测距的可行性,且目标处于3.0 m时测距精度为0.0187 m,系统单次平均测距时间为0.02～0.03 s。     

基于扩频多址的差转游标测距方法与应用

针对游标测距法在转发测距中无法实现多址测距的问题,提出了一种基于扩频多址的差转游标测距方法。该方法采用游标法实现高精度测距,采用直接序列扩频技术以正交的伪随机码（PN码）区分不同的测距信号,利用不同的差转频率区分不同的转发信标。基于该方法构建了测距系统,系统的测距精度可达亚米级。转发信标使用电池供电和无线通信调度,结构简单,成本低,功耗小,安装简单。该系统非常适用于工业场景的人员定位管理。     

复合测距伪随机码的选择

阐述了测距系统对测距伪随机码的一般要求,讨论了复合测距码的参数选择准则,介绍了复合测距码的构造原理,并提出了两种基于择多序列的改进复合测距码。     

高噪声高精度时间相关单光子测距系统性能研究

为弥补伪随机码调幅测距系统性能研究的不足,采用可编程逻辑器件实现1GHz和2.5GHz速率的伪随机码发生器。实验系统以50m为测试距离,针对两路伪随机码光子到达时间点,采用快速傅里叶变换算法得到互相关波形。在此基础上,建立互相关波形的数学模型,采用参数估计法,运用马尔可夫技术完成参数迭代,重构距离波形,得到距离估计值。实验结果表明,伪随机码为1的比例为1%,探测到的光子计数率为2×106 s-1;低背景噪声下,积分时间和信噪比成正比,与理论相符;高背景噪声下,随着积分时间的增大,采用该方法估计的距离值标准差比峰值距离标准差的增大速度缓慢,整体距离精度高于峰值距离精度。积分时间为0.001s时,2.5GHz码速测距的精度从7.3cm提高到4.62cm。另外,该方法估计得到的1GHz的距离精度仍然低于2.5GHz的距离精度,同等速率下,可降低噪声对距离精度的影响。     

SBM 调制解调技术性能分析及仿真

SBM(序列平衡调制)以简单的实现方式,通过提取脉冲对的相位差来实现译码和测距,实现数据传输的同时达到测距的目的。对 SBM 的误码性能和测距性能进行分析,采用矢量相位比较技术提高测距精度,并进行了模拟各种测距误差来源和通过基于数学模型的测距精度仿真。     

扩频体制卫星抗干扰性能分析

针对扩频体制卫星跟踪过程中出现的干扰问题,从伪随机码调制入手,分析伪随机码调制的直接序列扩频信号的自相关函数和功率谱,讨论直接序列扩频信号的抗干扰性能,给出比较详细的理论推导并进行仿真验证,对仿真结果作进一步分析。仿真结果表明,在码型和码长相同的条件下,不同伪码间的互相关值越低,信号间的干扰越小;同时,提高伪码速率,能够有效提高信号的抗干扰能力。     

基于IR-UWB码相关测距研究

研究了伪随机码测距技术在IR—UWB体制中的应用,阐述了码相关测距工作原理,对测距过程进行了仿真,并给出了系统实现框图。通过误差分析,指出伪码自相关旁瓣以及相关运算步长对码相关测距精度影响较大。     

卫星测控系统中伪随机码测距方法分析

目前,扩频技术发展迅速且广泛应用于各种通信系统中。比较详细地讨论卫星测控系统中利用伪随机码来测距的几种方法。结合实际情况对这几种方法进行分析比较,在现有技术设备条件下得到了一种比较理想的伪随机码测距方法—星上处理伪随机码测距。     

一种直接应用灰度叠加提高面阵激光雷达测距精度的方法

相比传统的点扫描激光雷达,基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达,具有测距速度快的优点,但同时会引起单帧图像信噪比降低。根据成像激光雷达的原理,建立了其在散粒噪声影响下的测距精度模型,基于该精度模型和机载面阵激光雷达成像的特点,提出了一种应用灰度图像配准叠加提高测距精度的方法。对飞机姿态、光源均匀性、叠加帧数等因素在采用该方法时是否对测距精度有影响进行了分析。分析结果表明,图像完全匹配后,飞机姿态对测距精度没有影响,光源均匀性优于40%时对测距精度影响可以忽略,一定叠加帧数内时灰度叠加不会影响目标之间的相对距离。进行了地面动态实验和机载航拍实验,并将此方法应用于图像的校正,实验结果验证了该方法的有效性。     

消除距离模糊的扩展伪随机码调制激光测距技术

单光子测距中采用高重复频率激光源可提高回波信噪比,同时会带来距离模糊问题。为消除距离模糊,基于调制测距和时间相关光子计数理论设计了一种测距技术,分步计算得到脉冲飞行时间所包含的不模糊时间和激光发射周期的倍数,进而得到距离。该技术具有运算量小和测距效率高等优点。基于m序列得到"1"所占比例可变的扩展伪随机序列,用来模拟噪声,并作为激光发射调制信号。测距仿真中比较了3种扩展伪随机序列的调制测距能力,结果表明:"1"所占比例为7/8的扩展伪随机序列兼顾了随机性和抗噪声能力,得到了优于全"1"序列和m序列的调制测距效果。     

调制函数对偏振调制激光测距精度影响分析

为减小传统激光测距方法中复杂电路系统对脉冲计时或相位比较引起的测距误差,针对偏振调制激光测距技术,利用电光调制器中晶体折射率随施加电场线性变化的特性,将待测物体反射的光脉冲调制成时间的函数,通过所得偏振光两个垂直方向上的光强比值求解待测距离。在研究其测距原理、距离方程及误差分析的基础上,推得文中测距方法所能达到理论测距精度的表达式,并分析调制过程中正弦、锯齿、指数三种调制函数对测距精度的影响,在相同距离范围内,锯齿函数具有更好的适用性,正弦函数与指数函数的组合函数具有更高的测距精度。进一步分析正弦函数不同波段对测距精度的影响可知,采用-/6~/6波段调制时其适用性及测距精度都有很大提高。研究结果对提高偏振调制激光测距精度具有重要意义。     

基于LabVIEW的PN码调制解调模块实现

针对伪随机码在通信传输中不可缺的功能以及其在LabVIEW中没有现成的软件工具包等问题,本文介绍了一种基于虚拟仪器的PN码调制解调实现方法。在LabVIEW8.6软件开发平台下,根据PN码调制解调原理及伪随机码生成的基本思想,设计了一种PN码调制解调实验模块。实验结果表明,该实验模块可以实现对PN码进行幅移键控、频移键控、相移键控3种调制解调功能。该实验模块满足实验技术指标且具有设计简便、成本低、扩展性好等优点。     

增益调制激光雷达弱信号的双阈值处理分析

在远距离弱信号条件下,增益调制激光雷达系统的测距精度受到强背景噪声的严重干扰。为了提高系统的测距精度,从系统基本工作原理出发,对增益图像进行双阈值化处理,得出了测距误差最小的阈值条件;考虑到阈值处理对目标与背景存在错误判断,结合增益调制像的概率分布函数定义了增益像和距离像的错误率函数。选取距离分别为1 930 m和1 940 m的两座建筑物作为目标进行成像实验。实验结果表明:双阈值化处理后,系统的测距偏差减小了58.3%,从而验证了双阈值化处理的可行性。通过对目标与背景实验结果的计算发现,目标距离的错误率存在极小值。     

基于光子脉冲的外差探测高精度测距系统

设计了光子脉冲外差探测系统的系统结构,利用光子脉冲外差原理与光子探测统计理论,建立了基于光子脉冲外差探测系统的测距精度理论模型。根据方波近似条件和光子脉冲外差探测系统的典型参数,研究了噪声和温度参数对测距精度的影响。仿真实验表明,该系统可以实现高精度的测距。