基于自动数字检相技术的激光测距仪设计

设计了一个基于自动数字检相技术的相位式激光测距系统。该系统采用DDS技术产生所需要的测距信号,提高了信号的频率稳定度,消除了信号源频率漂移引起的测距误差;该系统还对自动数字检相技术进行了改进设计,改进后的自动数字检相器能够消除波形变换零点漂移及高频干扰引起的检相误差,提高了检相精度。实际测距实验表明该系统具有较好的测量精度。对测试结果进行了分析,指明了今后研究的方向。     

用非球面透镜扩展点对点红外无线互连传输距离

提出了通过加载聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光学系统来延伸点对点红外无线互连的传输距离,分别设计了平凸、弯月和非球面透镜。平凸和弯月透镜,分别使得30°的发射角变为7.12°、12.96°,1m处的照度分别提高了18.92,5.68倍,链路的传输距离分别扩展为4.4,2.4m。而非球面透镜能够使发散光准直,链路没有向空中发散引起的损耗,能最大地扩展传输距离。加载的光学系统为球面-椭球的准直透镜和椭球-球面的会聚透镜。     

基于MEMS微惯性器件的姿态测量 单元设计与测试

MEMS惯组具有体积小、价格低、易于集成等优点,已被广泛应用于各个领域,为提高MEMS姿态解算精度,采用 Mahony互补滤波方法设计了MEMS惯性组件,Mahony互补滤波器将陀螺仪解算的高频姿态信号和加速度计－磁强计解算的低频姿态信号进行融合,提高测量精度,介绍了MEMS惯组硬件、软件、算法设计及无磁转台测试,无磁转台静态测量下的俯仰角精度0.51°,横滚角精度 0.5°,航向角精度1.1°。     

基于干涉测量的Ф1.3 m非球面反射镜定心

Ф1.3 m凹椭球面反射镜是某遥感器光学系统的主镜,其定心精度要求苛刻。由于该反射镜口径大、顶点曲率半径长,利用定心仪法进行定心的实现难度大,精度低。通过分析非球面的两种偏心之间的补偿现象,可知激光跟踪仪接触测量定心的精度仅为0.15°。三坐标仪接触测量定心的精度能够达到0.005°,不过其量程受限,且在光学加工时的反复搬运会造成不便。利用Offner零位补偿检验光路进行干涉法定心,干涉法将反射镜偏心转换为检测系统波前的初级像差,同样可以达到0.005°的精度。该检测方法的误差来源主要是干涉仪焦点位置误差,是系统误差,可以通过旋转反射镜进行多次定心测量的方法予以消除。完成了该反射镜的定心,其结果与三坐标仪的测量结果对比,两种偏心的最大偏差仅为0.023 mm和0.002°。实现了大口径凹非球面反射镜的原位定心测量。     

光纤微透镜用于阵列半导体激光器快轴准直研究

文章采用石英光纤作为柱透镜,进行阵列半导体激光器的快轴准直实验研究,采用ISO推荐的光强二阶矩的方法,测量了发光面为1μm ×150μm的阵列半导体激光器准直后的光束半径、远场发散角、束腰位置、瑞利长度,并根据测量结果计算了光束传输因子(M2 因子) 。以此为基础,研制了耦合光学系统,采用直径200μm柱面透镜准直后,阵列半导体激光器快轴方向发散角可减小到0. 42°,系统准直耦合效率达到89%以上。     

动态红外场景准直投射光学系统的设计

描述了动态红外场景模拟系统的光学原理,概述了一种准直投射光学系统的设计过 程,此投射光学系统工作波段在8 ～12μm,焦距为112. 97mm,相对孔径为1 ∶1. 5,视场角为20°,入瞳距为30mm,工作距离为120mm左右。最后给出的像差曲线及传递函数曲线,表明光学系统的像质满足使用要求。     

半导体激光测距机非球面准直整形元件的设计

准直整形光学系统的设计可以提高半导体激光测距的测程和精度,系统中采用非球面光学元件优点突出.某测距装置采用4×1半导体激光器阵列,其波长为905 nm,发散角为25°(V)×10°(H).根据半导体激光器的远场发散角特点,结合非球面光学设计理论,基于ZEMAX软件设计出非球面准直整形元件.由计算结果可知,准直整形后垂直于结方向和平行于结方向发散角分别为3.33 mrad和2.67 mrad,光斑更均匀,能量利用率提高.     

一种应用于超声波测量的混频检相方法研究

为了提高超声波测量系统的精度，加快检测速度，对超声波测量系统提出了一种混频检相方法并完成了混频检相器设计。采用混频方法将两路有一定相位差的被测信号与另一个有较小频差的信号混频，混频后通过低通滤波电路滤除高频成分，得到保留原信号相位差的两路低频信号，通过整形电路获得两路方波信号，由D触发器设计的检相电路对两路方波信号进行相位差检测。对该混频检相方法进行了仿真和多组相位差实验验证，结果表明采用该混频检相方法具有电路简单、测量精度高、成本低等优点。     

半导体激光器准直透镜系统

发明的详细说明本发明是用于录相磁盘、数字音响磁盘光源半导体激光器的发散性激光束准直透镜系统。半导体激光器的激光光束通常是垂直方向为40°,水平方向为10°左右发散角的发散性光束。为了使其实用,要校成平行光束或接近平行光束。半导体激光准直透镜系统用于录相磁盘、数字音响磁盘时,要求NA为0.2左右,因为波面的混乱将导致光学系统整体性能的恶     

基于FFT的高精度相位测量系统设计

针对模拟相位测量电路中存在的精度不高、测量系统体积较大等问题,设计了基于FFT的高精度相位测量系统,该系统以FPGA为控制与运算核心,用16位模数转换芯片AD7606对2路同频信号进行数据采集,采集的数据送至FPGA后,采 用快速傅立叶变换法(FFT)进行相位差计算,结果传输到上位机,采用 ３σ 准则和均值滤波方法剔除粗大测量值后,显示出相位差。经测试,系统的相位测量精度能够达到±0.05°,分辨率达到0.001°,符合预期设计目标,与传统的模拟相位测量法相比,该相位测量系统实现了数字化,集成化,测量精度高,能够满足实际测试要求。     

一种基于数字鉴相原理的高精度无线测距系统设计

对目标的距离进行精确地测量是导航、测控等领域必须有效解决的重要问题.利用基于FFT的数字鉴相方法和自乘倍相原理设计了一种应答式侧音测距系统.实验结果表明该设计方案的测距精度优于5cm,充分体现了侧音测距精度高以及数字鉴相能在较低信噪比下准确地估计相位的优点;同时连续波系统的收发隔离问题也得到了有效的解决.     

应用欠采样原理提高相位式激光测距精度

在激光测距中,测程和测量精度一直都是一对矛盾体.在保证测程的同时,提高测量精度是本次设计的关键所在.相位式激光测距的传统思想是将高频信号进行混频之后得到频率较低的差频信号,使用FFT得到相位,但是信号经混频后会带来幅度的衰减和相位的偏移.为了解决该问题,提出一个新的思路,利用欠采样技术与同步检测原理改进测相方法,降低数据处理的复杂度,提高相位检测的精度.用MATLAB仿真有白噪声和其他干扰信号存在时欠采样技术测量相位的精度,经过误差分析之后进行改进并与传统的方法进行了比较.     

自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究

提出一种新型脉冲激光测距方法——自触发脉冲飞行时间激光测距方法。运用该方法有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测量精度和缩短测量时间两者之间的矛盾。对该方法及本质特点进行了详细描述和理论分析,并给出用于描述该方法的基本方程。其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度。设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距飞行时间测量系统。CPLD的使用提高了测量精度,并且结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能便携式的激光测距仪。     

采用相位法的激光跟踪系统设计

为提高激光跟踪精确度,采用相位法改进激光跟踪系统,发射机采用正弦信号调制激光功率,接收电路采用四象限雪崩光电二极管(APD)检测激光回波,通过快速傅里叶变换(FFT)计算失调角,稳定平台保持视轴稳定,并根据失调角跟踪目标。失调角误差是跟踪误差的主要因素之一,与信噪比和数据长度成反比,系统通过滤波、高速采样提高测量精确度。仿真时载体扰动幅度为5°,信噪比为0 dB,干扰信号为目标信号的100倍,系统能准确识别目标,跟踪误差为0.033°,表明基于相位法的跟踪系统具有多目标、高精确度跟踪能力。     

新型相位式激光测距系统电路的设计

为了提高相位式激光测距系统的精度和可靠性,设计了一种新型的相位式激光测距系统的发射和两路几乎一致的接收电路。通过采用具有微小频差的低抖动时钟发生技术,差频测相技术等原理,系统可以实现特定环境下的高精度测量。系统由级联式PLL可编程时钟信号源、激光发射与接收模块、自动增益控制、混频滤波及数据采集组成。利用时钟源产生调制信号,并对反馈信号和接收信号进行放大、混频滤波等信号调理,进而采集数据并对数据进行处理分析。在电路的设计中,优化了激光的调制发射电路,采用低回波损耗的尾纤式激光器,增加简单实用的自动增益模块等。实验观察的波形和数据结果分析表明,此相位式激光测距系统电路简单实用,并且具有较高的稳定性和较高的测量精度。     

基于激光测量的高速非接触角度检测技术研究

提出了一种基于光学三角法测距原理的高速非接触光学角度测量方法,利用两个激光位移传感器测量物体具有角度变化时产生的位移,实时计算得到物体一维运动角度,在摇摆台上进行角度范围及精度的实验,并使用光纤陀螺进行角度实时同步测量,通过最小二乘拟合法对误差进行补偿。实验结果表明,该系统的角度测量范围±10°,角度测量精度±0.005°,测量频率2000 Hz。该角度测量技术使用非接触光学测量方法,对被测物体表面无损伤。     

激光测距中数字鉴相器的设计

相位法激光测距广泛应用于距离测量,尤其是短距离测量领域,测距系统的测量精度和速度主要取决于鉴相器的设计,为提高鉴相器的测量精度和速度,本文给出了一种新型数字鉴相器。通过加入反馈电路控制信号调制器,只需一组鉴相器即可实现激光发射信号与接收信号相位差的测量。调整CIC滤波器的参数,最大限度地提高滤波器输出信号的信噪比。对CORDIC算法进行优化,不仅扩展了测量范围,而且提高了测量精度和速度。本文使用Matlab对该数字鉴相器进行了性能评估,并在FPGA上实现了该数字鉴相器,与传统的数字鉴相器相比,测量精度和速度都有较大的提高,同时也降低了设计成本。     

Hochgenaue Abstandsmessung mit Mikrowellen

Using microwave technology for industrial sensing applications has the advantage of being insensitive to environmental influences. The presented near range radar has an accuracy of 0.1 mm. This high precision was achieved by using dynamic frequency divider chips for direct frequency measurement and a six-port for phase measurement at 35 GHz. A digital signal processor calculates the distance.     

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。     

数字式混频器

在红外激光测距中，一般是通过测量发射连续激光脉冲和被测目标回波信号的相位差而求得被测距离的。为了得到高测距精度，常把两信号分别同基准信号混频得到两个抵频信号再进行检相。传统的频率变换方法是利用晶体管的非线性来实现的，我们在研究JMX－1型精密激光测距仅中，采用数字集成电路，做成了数字式混频器，并取得高的测量精度。