高速相位式激光测距数字鉴相方法仿真与实现

为实现高速、高精度相位式激光测距鉴相,根据数字相关法、数字同步解调法、频域数字鉴相法和全相位FFT法的鉴相原理,基于仿真考察了在白噪声、频率偏移等因素影响下的鉴相性能。仿真结果证明,在高速测量下(500 kHz),全相位FFT法优于其他方法。为应用于高精度相位式激光测距原理样机,设计全相位FFT法的FPGA信号处理方案,利用傅里叶变换共轭对称性从而实现了高速实时鉴相。实验数据表明:在500 kHz测距速率下,信噪比为40 dB,频率偏移0.01时,鉴相精度为0.09°;调制频率为100 MHz时,测距精度为0.38 mm。因此,全相位FFT鉴相法适用于高速、高精度相位差测量,提出的实现方案具有实际意义。     

矢量内积法高速相位式激光测距技术

测量速度和测量精度是相位式激光测距系统的两个重要指标。针对高速高精度测距需求,研究了基于矢量内积(Vector Inner Product, VIP)法的高速数字鉴相方法,从鉴相计算的点数、鉴相计算速度和鉴相精度等方面对VIP法的鉴相性能进行了仿真分析和实验测试,并与传统的数字频域鉴相法(Discrete Fourier Transform, DFT)进行了性能对比。仿真和实验结果表明,VIP法具有更高的鉴相速度和鉴相精度,当信号调制频率为50 MHz时,基于高速采样板卡实测得到的鉴相精度优于0.1°,测距精度0.2 mm以内,相同计算点数VIP法的鉴相处理速度是DFT法的3倍。研究结果表明,VIP法具有鉴相精度高、鉴相速度快的优点,适用于高速高精度激光测距系统。     

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。     

基于Matlab的相位式激光测距研究

基于相位式激光测距系统的基本原理和鉴相方法,采用双调制频率的方法解决了测量距离和测距精度之间的矛盾,采用差频鉴相的方法减少电路复杂度。首次基于模块化的思想,运用Matlab的Simulink工具实现了系统的原理分析,对频域数字测相、数字同步解调测相法和自动数字测相法进行了比较。从理论上证明了实现一个高精度、快速相位式激光测距系统的可行性,为下一步实际设备研制奠定了基础。     

基于欠采样谱分析的激光拍频相位式测距方法

介绍了一种高精度相位式测距方法,载波通过双频氦氖激光器加偏振器产生1.08 GHz光强调制的拍频信号来实现,以克服半导体激光器的调制带宽限制,从而提高测距精度。为降低高速ADC实现难度,根据带通抽样定理,采用欠采样的方法采集波形数据,分析了其理论依据;然后通过全相位谱分析法对采样数据进行鉴相,并重点分析了鉴相数据的截取问题。搭建系统实验,在采样率为50 MSa/s时,157个欠采样数据就能实现0.1 mm左右的测距精度。实验表明,应用欠采样全相位谱分析法,以远低于测尺频率的采样率采样依然能实现高精度测距。     

相位式激光测距的FFT与apFFT鉴相研究

为实现亚毫米精度相位式激光测距的鉴相,根据FFT与apFFT的鉴相原理,通过仿真考察两者在高斯白噪声和频率偏移影响下的鉴相性能,并考虑采样点数问题.仿真结果表明:在采样点数相同、频率偏移小的情况下,FFT比apFFT鉴相更准确.在测距速率10 KHz,信噪比35 dB,归一化频移量0.02,调制频率50 MHz时,FFT的测距标准误差为0.76 mm.因此使用FFT鉴相满足相位式激光测距的高速、高精度要求.     

相位式激光测距全相位谱分析鉴相算法

为降低相位式激光测距的鉴相偏差,以余弦信号为对象深入研究全相位谱分析鉴相的性能。将余弦信号分解为指数形式进行频谱变换,得出负频率会引起谱分析鉴相偏差,但全相位谱分析的频谱泄漏远小于传统傅里叶变换(FFT)法,仿真时鉴相偏差降为后者的1‰。从信噪比增益角度研究窗函数对鉴相精确度的影响,分析表明,归一化频率偏移量绝对值小于0.3时,采用矩形窗的全相位谱分析鉴相方差最小,可达克拉美罗下限的1.3倍。实验结果表明,在测距系统中可忽略全相位谱分析鉴相的偏差,当信噪比为34 dB时,每秒百万次鉴相的精确度为3.3 mrad,测距精确度达1 mm,全相位谱分析适用于高精确度相位式激光测距。     

新型便携式激光测距仪的原理及方案设计

提出了一种新型双频调制方式的相位式激光测距系统.该系统采用石英晶体滤波器对测距信号进行滤波,使用一套独特的基于欠采样测距信号的信号处理算法,灵活地解决了测尺频率、石英晶体滤波器中心频率、模数转换采样频率三者的匹配问题;同时给出了系统的方案设计以及与基于数字同步检测系统方案的对比.     

溯源北斗时基无光学干涉激光扫频测距实验研究

绝对距离测量在基础科学和技术研发领域的重要性日益彰显。由于传统的光学干涉绝对距离测量方法存在测量距离较短、“位相模糊”、易受噪声干扰等问题，计量学领域提出利用频率合成激光开展非光学干涉的绝对距离测量研究。尽管该方法实验装置简单、具有较强的抗噪声干扰能力、适用于大尺寸测量等优点，然而它对实验装置的工作频率带宽、精度具有较高的要求，先前的工作受限于以上条件，绝对距离测量精度为厘米量级。为进一步提高测距精度，提出一种溯源北斗时间基准的非光学干涉激光扫频测距方法。采用光纤电光调制器，代替空间声光调制器，激光频率扫描范围从10 MHz提高到100 MHz；采用北斗/GPS时钟作为信号源的外部基准，频率精度达到0.03 ppm(1 ppm=10-6)；采用电子学外差探测与自混频相结合的方案，将高频交流光电流信号解调出低频绝对距离信息，降低了环境噪声和电子学噪声。实验得到绝对距离测量结果 9.843 6 m，测量精度1.25 mm。该方法减小了设备时基频率误差对测量结果的影响，实现大尺度测量同时测距精度比先前的工作提高了一个数量级，具有广泛的应用前景。     

一种基于波分复用技术的频率传输远端补偿新方案

为解决光纤频率传输系统大规模组网带来的中心设备复杂、工作负荷大和可靠性低等问题,提出了一种相位波动在远端自主补偿的频率传输新方法.该方法采用波分复用技术,将信号通过双支路传输至远端,通过鉴相、相关计算实现相位波动的高精度测量,通过电学移相实现高精度补偿.理论仿真验证了该方法的有效性.在传输频率为10 MHz、通信窗口分别为1310和1550 nm、光纤链路长度为25 km的仿真测试中,远端信号的同步精度达到0.22 mrad.     

单频激光宽频段频率和强度噪声测量技术

报道了一种mHz至MHz宽频段激光噪声的规范测量技术。通过研制基于迈克耳孙光纤干涉仪的相关延时自外差频率噪声测量装置和具有定标功能的光外差拍频测量装置,结合频谱分析仪和快速傅里叶变换分析仪等标准仪器,规范地测量出了单频激光在mHz至MHz宽频段内的频率和强度噪声特性,并验证了测量结果的准确性。该测量技术有望应用于引力波探测和精密测量等应用中的激光噪声评估。     

基于广义LSTM神经网络的宽带射频功放数字预失真线性化

在无线通信系统中,射频功放的非线性是信号失真与频谱增生的主要原因,尤其是对于采用64QAM、256QAM 等高峰均功率比的复杂调制系统,对射频功放线性度的要求越来越高;然而宽带射频功放中存在的强记忆效应严重地降低了基于传统非线性模型的数字预失真器的线性化性能。文章提出广义长短期记忆(LSTM)神经网络模型,通过输入的时序特性,从时间轴上进行模型迭代,利用LSTM模型独特的长短时序结构以更好地表征宽带射频功放的记忆效应,同时引入时间超前项以构建广义的LSTM模型,进一步增强其动态非线性建模能力。在不同超参数下的建模结果表明,该模型的归一化均方误差(NMSE)指标可达-42.2895 dB。最后,使用20 MHz 带宽的4 载波WCDMA信号,对中心频率1900 MHz 的50 W Doherty 功放进行预失真线性化实验验证。实验结果证实了基于广义LSTM神经网络模型的数字预失真器可以使互调分量降低达23.27 dB,大大优于记忆多项式等传统非线性模型的非线性校正性能。     

基于单片机的数字频率计设计

基于单片机的数字频率计的设计,目的是设计一款数字频率计,能够测量1 Hz～20 MHz的数字频率,包括三角波、正弦波及方波的测量,支持0.5 V～20 V电压。本频率计的特点是突破普通单片机频率计喜欢选用的直接测量法,选择了高频用多周期同步法,低频用周期法来测量频率。这样可以使频率计达到更高的精度。而且本频率计通过程序来控制分频芯片自动分频,无需测量者对信号进行预估计,超出测量范围会自动警报,更加人性化。     

一种实时欠采样数字测频技术研究

提出一种宽带实时欠采样数字测频结构模型。该模型由相同采样频率的带I/Q通道的ADC及其延时共四个通道组成。根据并行的快速傅里叶变换的频域结果进行频率测量,其中欠采样所引入的频率模糊由延迟与非延迟通道之间产生的相位差进行解模糊。该方法具有瞬时测频带宽大,测频速度快,能同时对多信号进行处理的特点。     

数字信道化技术在空时联合阵列信号处理中的应用

低信噪比下的高精度的参数估计和实时处理是电子战阵列信号处理中的难点。传统的估计方法只能适应高信噪比或长快拍环境。将数字信道化与空间谱算法相结合,给出了一种基于数字信道化技术的测频与测向的实时处理方案,并提出了一种测频与测向级联估计算法。仿真实验表明该算法在-10dB的噪声环境下可以进行高精度的参数估计,且实时性得到了很大的提高。     

基于数字高频检相式的激光测距光学系统设计

为了改善相位差法激光测距测量精度低的现状,采用高频检相法代替模拟测相法,即数字高频检相式的激光测距光学系统来提高测距精度。实现了10MHz的激光调制频率,设计了准直透镜,给出了设计指标,利用ZEMAX软件对光束准直前后进行了对比分析,并通过实验验证了光学系统设计的可行性。结果表明,标准差最大为0.12°,重复距离精度可约达1mm,误差最大为0.09°,最小为0.011°,说明测量的重复性比较好、稳定度高,满足了精度要求,达到了提高精度的目的。     

基于LabVIEW的数字通信系统EVM和ACPR全自动化扫描测试

在虚拟仪器开发平台LabVIEW下,提出了一种远程控制安捷伦频谱仪和矢量信号分析仪89600实现对数字通信系统发射链路EVM和ACPR参数进行全自动化扫描的方法。将此方法应用到数字通信集成电路测试系统中,实现了对系统发射链路增益变化对性能参数影响的快速、高精度评估。对TD-SCDMA系统发射链路的测试结果表明,此方法较手动测试有着不可比拟的优势,将产品测试效率提高了60%。     

强干扰下非平稳跳频信号高分辨测试技术研究

为了提高对强电磁辐射干扰下的非平稳跳频信号检测性能,提出一种基于时频分析的非平稳跳频信号高分辨测试技术.采用短时傅立叶变换构建非平稳信号的时频分析模型,把信号划分成许多小的时间间隔,在时间轴连续滑动窗口上对信号进行固有模态分解,提取非平稳跳频信号的Hilbert谱特征,谱特征有效反映了信号的幅值在整个频率段上随频率的变化情况,从而找出信号中跳变的频率分量,实现信号高分辨测试.仿真结果表明,采用该方法在强干扰条件下进行信号测试,信号输出的分辨能力较强,准确检测概率较高,性能优于传统方法.     

基于双采样速率的动目术检测技术研究

高精度动目标检测是雷达数字接收机的一项核心技术,现有的多普勒频移估计方法不能满足现代数字接收机的高精度、低计算量、超低信噪比环境等要求。该文提出了一种低信噪比环境下的基于双采样速率的高精度动目标检测技术,它包括基于FFT的欠采样信号频率无模糊估计,高精度多普勒频移估计和基于双采样速率的动目标径向速度估计等算法。