飞秒激光合成波长法测距的功率-相位转换误差修正研究

针对飞秒激光合成波长法高精度绝对距离测量中光功率-相位转换效应引起的误差,提出一种基于多项式拟合的误差修正方法,以提高飞秒激光测量系统的测距精度。搭建类迈克耳孙干涉测量系统,经过光电探测后得到飞秒激光模间拍频信号,利用快速傅里叶变换解算拍频信号的相位差,并研究相位差随光功率的变化。结合相位测距技术,将测距结果与长度基准作参考,采用基于最小二乘法的最优多项式拟合形成不同光功率下的测距校正表。实验中以四次谐波进行测量,结果表明:当光功率在1~3 mW变化时,测距误差变化率约为2.7 mm/mW,通过校正技术,在110 mm范围内测距残余误差从±0.25 mm下降到±0.08 mm。该研究可将飞秒激光高精度测距技术应用到室外环境、复杂的工业环境甚至非合作目标等光功率变化较大的测量场合,显著地拓展飞秒激光精密测量的应用范围。     

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。     

三角波调制在激光测距中的应用研究

提出了一种基于最小二乘拟合的三角波调幅激光测距方法,设计了具有光程差的参考信号和测量信号两路信道,采用改进的最小二乘直线拟合算法对两路回波信号进行拟合,得到了关于三角波的拟合参数和奇异特征点;根据两路信号特征点所携带的时移信息之间的关系,可用所提方法进行测距。在10 kHz三角波调制频率的实验条件下,采用几何理论计算得出所提测距方法在测量距离为10 m时的平均测量精度能达到3.2 mm。实验结果证明了该测距方法的有效性,在短距离激光测距方面具有一定的应用前景。     

水下相位式激光测距定标方法

基于相位式激光测距的工作原理,提出了将相位式激光测距仪用于水下测距的思路,从原理上分析了水下相位式激光测距的可行性。通过水下距离测量实验,对水下相位式激光测距可行性进行了验证,完成了水下相位式激光测距仪的测距定标算法,并探究了水体浊度对相位式激光测距动态范围和测距精度的影响。实验结果表明,经过定标校正后的水下相位式激光测距仪在水下3.5 m范围内测距误差平均值不超过3 mm,测距范围与水体浊度间存在指数衰减关系。该水下相位式激光测距仪为水下距离的探测提供了一种新方法,可实现水下目标近距离的精确测距。     

半导体激光测距仪用双脉冲电路设计

针对采用单脉冲便携式激光测距机难以测量中远距离的缺点,设计出用于半导体激光测距仪的大电流双脉冲驱动电路,利用二值化高速数据采集方法实现了测距功能。应用该电路制作的便携式测距原型机,在无合作目标的情况下,整机系统测量距离达1750 m,命中率高达95%以上。经过测试表明,双脉冲测距电路具有功耗低、测量距离远、命中率高、测试方便等特点,具有实际使用价值。     

高精度多频调制实时激光测距系统

为了克服多频调制激光测距系统中相位检测算法复杂、实时性差、精度低的问题,提出一种距离测量方法。该方法将测距回波信号通过改进的正交计算模块得到精确的相位延迟正切值,再通过坐标旋转计算机（CORDIC）角度计算模块得到相应的角度,结合正交同相（I）和正交（Q）支路输出的符号位和相位测距解模糊算法计算出精确的距离。实验结果表明,系统测距误差与回波信号的信噪比和计算模块的字长有关,在SNR为10dB,字长为16bit时,相位精度为0.03°,距离精度为0.125mm。     

基于高速脉冲调制和回波采样的激光测距系统

基于高速脉冲调制和回波采样技术,构建了一套激光测距系统。该系统利用高灵敏度多像素光子计数器的多回波光子信号累加输出的特性实现光电信号转换,借助高速信号采集技术对回波信号进行全波形采集,通过回波波形的累加计算得到了回波信号的精确到达时刻,最终获得了高精度的距离信息。理论分析和实验验证的结果表明,该测距系统在实现远距离目标探测的同时,能够兼顾近距离目标的高精度测距,系统的测距动态范围可达10~7,测距精度为0.6 mm。     

最小二乘法分段拟合红外测距系统

为了提高测距的红外测距的精度,提出了以MSP430F149单片机为控制核心,红外线发射接收模块为传感器,通过测量红外发射管发出的红外线反射的光线强度来测量距离。此系统将测量的光线强度转换为电压信号,并测得电压信号和距离的对应关系,最后通过最小二乘法进行分段拟合,得到电压信号和距离的关系式以实现测距。该红外测距系统误差达到1 mm,可以广泛近距离测距和汽车防撞系统中。     

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。     

脉冲激光测距机最大测程测试方法研究

最大测程是反映脉冲激光测距机性能优劣的主要参数之一。分析了现行激光测距机最大测程指标考核的方法,比较了各种考核方法的利弊。在此基础上提出了一种采用室外消光法与室内时序增益系数比检测相结合的方案进行激光测距机最大测程测试的新方法．并对两具测距机分别进行了室外消光比、室内时序增益系数比、最大测程的测试,对两者的结果进行了对比。最后针对本测试系统的组成进行了误差分析。结果证明,新的检测方法可以客观、真实、准确地测量1．06μm和1．54μm两种波段的脉冲激光测距机的最大测程,测试结果受天气条件和目标特性影响小,也不受脉冲激光测距机增益电路的影响,且测量精度高,重复性好,操作方便可靠。同时还可对激光测距机测程范围、测距精度、选通范围及选通精度、距离分辨率等主要性能参数进行模拟测试。     

基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法

为了解决调频连续波(FMCW)激光器调制非线性导致的测量信号频谱展宽降低激光干涉测距精度的问题, 采用一种基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了双光路测距系统对不同位置目标信号等光频细分重采样后的波形数据, 并进行了频谱分析。结果表明, 通过等光频细分重采样的方法, 使用细分后的时钟信号点对距离大于辅助干涉光路光程差的目标测量信号进行重采样, 消除了激光器的调制非线性的影响, 并且避免了采样点数不足引起信号失真的问题; 在4.3m测量范围内, 等光频细分重采样测距系统与激光干涉仪相比最大残余误差不超过±18.46μm, 最大测量标准差为23.39μm; 该方法使用的辅助干涉光路光程差很短, 受环境的影响较小, 可以获得稳定的时钟信号, 并且可以减少双光路FMCW测距系统的体积与成本。该研究为长距离、高精度调频连续波测量提供了实用参考。     

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。     

脉冲飞行时间激光测距系统中周期误差补偿

在以正弦波为测量基准信号的激光脉冲飞行时间测距系统中,由于高频信号之间的串扰或器件非线性等因素的影响,将产生脉冲飞行时间周期误差,导致测距精度降低。为此提出了一种利用测距仪在一定距离条件下的测量数据计算定时误差的方法,通过最小二乘法拟合构造出一条含误差补偿功能曲线,并将该曲线进行离散化处理,将离散化数据存入单片机内,在距离测量时以含误差补偿功能曲线作为测量基准,实现对脉冲飞行时间周期误差的补偿。该方法具有原理简单、数据可靠、操作方便等优点。所研制的激光脉冲测距仪经过误差补偿后,测距误差小于3 mm。     

脉冲激光测距系统中高精度时间间隔测量模块的研究

时间间隔的测量精度对脉冲激光测距系统的测量精度起决定作用.为此研制了一高精度时间间隔测量模块,该模块基于专用时间数字转换芯片开发,采用延迟线插入法技术,最大测量时间可高达200ms,测时分辨率最高可达125ps,对应测距分辨率18.75mm,适用于远距离的测量.给出了硬件和软件设计方法以及模块的测试结果.     

半实物仿真中的高精度激光回波模拟技术

过去寻的探测系统只获得目标的二维信息:俯仰角度信息和偏航角度信息。在战场环境日益复杂的今天,目标和导弹的速度都越来越快,飞行控制的时间也越来越短。由于这些变化,过去的探测系统的能力渐渐不能满足现代作战需求。随着应用需求的不断扩展,需要在制导过程中能够获得更加丰富的目标位置信息,不仅是方位角度信息,还应包括距离信息。于是,激光测距技术成为制导领域的一个研究热点。针对激光测距系统的测距功能和测角功能研制了一套回波模拟系统,称之为激光回波模拟器。对验证激光测距系统性能的半实物仿真系统进行了系统设计,并实验验证了这套系统的可行性。     

一种基于相位测量的快速高精度大范围的激光测距法

为满足快速、高精度和大范围的激 光测距需求,分析了现有单频和多频相位激光测距方法存在的 问题,提出了基于降频及高精度测时技术的 相位激光测距方法,并根据测距 要求以及按照测尺频率、测时精度和参考频率的顺序建立了测距系统参数选择模型,进而 按照测距参数需求搭建了实 验系统。实验表明,在300kHz单频测尺、260kHz参考频率和50ps测时精度条件下,实验系统具有500m测距范围、1.08mm 测距精度和0.03～0.04s测量速度,可为快速、高精度和大范围测距 奠定基础。     

脉冲激光测距时间间隔测量及误差分析

在脉冲激光测距时间间隔测量系统中，传统的数字时钟计数法受限于计数时钟的频率，测量精度不高。由于模拟插入法具有测量范围大、线性好、测量精度高的优点，广泛应用于脉冲激光测距时间间隔测量系统中。介绍了模拟插入法时间间隔测量的原理，设计了其测量系统及相应的测试电路。利用该系统进行了实验研究，达到了100ps的时间间隔测量精度，对应于1．5cm的测距精度。最后，进行了测量误差分析。