双波长激光测距系统及精度的研究

本文介绍用毫微秒脉宽YAG激光器的基频光(1.064μm)和倍频光(0.532μm)进行双波长激光测距的研究结果。实验装置的测时精度优于22ps(r. m. s.),测距精度优于15cm。若将二倍频改为三倍频(0.355μm)或对输出的二波长激光的脉冲峰值相对抖动进行修正,则测距精度可达厘米级。     

长春站卫星激光测距精度的提高和系统稳定性的改进

经过１９９７年８月对中科院长春人造卫星观测站卫星激光测距系统的技术改造,使系统的观测精度和稳定性都有了很大的提高,主要是采用了量子效率高、能自动补偿,时间游动小、快响应的单光子光电雪崩二极管和一套便携式我测距校准系统,以及建立三个近地标准靶等。结果使测距内符匝原来的６ｃｍ左右,提高到现在的小于２ｃｍ（单次）和１ｃｍ左右（标准点数据）,系统的长期稳定性由原来的４ｃｍ左右,提高到现在小于２ｃｍ,系统测     

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.     

光弹调制器在偏振方向调制中的应用

提出了一种将光弹调制器应用于偏振方向调制的方法,介绍了它的两种基本使用模式,利用琼斯矩阵对其偏振方向调制原理及其两种基本使用模式进行了分析。光弹调制器和1/4波片形成偏振方向调制器件时,光弹调制器处于两块透光轴相互垂直的1/4波片之间,且光弹调制器的振动轴分别和两块1/4波片的透光轴成±45°角,线偏振光通过此器件其偏振方向被调制。实验验证了光弹调制器组合1/4波片调制偏振方向的原理。将光弹调制器应用在偏振方向的调制中,使现有偏振方向调制技术的光谱范围扩展到了紫外波段。     

偏振光谱仪偏振探测精度分析

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求。     

脉冲式高精度激光测距技术研究

本文对脉冲式激光测距仪的误差来源进行了分析,着重讨论了影响测距仪随机误差的几个因素。通过分析可以 看到,提高时间间隔测量电路的分辨率,采用高速阈值鉴别芯片以及缩短信号上升沿是提高测距精度的有效方法。其中,信号上升沿的 缩短可以通过采用窄脉冲激光器以及适当的接收电路带宽来实现。通过仿真计算得到,保持5ns上升时间不被扩展的最小带宽约为90MHz。 采用这个思路设计了一种高精度激光测距系统。经测试,该系统对500m内不同距离目标的单次测距精度(3σ)在0.077m～0.115m之 间,对距离在500m到3km的目标则优于0.1‰D+0.05m (D为距离)。同之前采用不同激光器和带宽的设计相比,该系统的单次测距精度有了明显的 改善。     

电光调制器的偏振控制系统设计

通过分析光纤圈型偏振控制器和铌酸锂电光调制器原理和工作特点,设计验证了光纤圈型偏振控制器能将固定的输入偏振态转变为多种输出偏振态,完成了应用于电光调制器的偏振控制系统。     

空间调制全偏振成像系统带宽影响分析

空间调制全偏振成像系统可以通过单次成像获得完整的Stokes参量信息,其系统的有效光谱范围内对图像重构效果有较大的影响.当带宽超出有效光谱范围时,会影响Stokes参量解调精度,甚至无法解调.通过对空间调制全偏振成像系统的调制模型进行分析研究,依据波段宽度判据表达式,对有效光谱范围内的图像重构算法进行修正,最后对不同带...     

半导体光放大器的偏振调制特性研究

首先理论分析了半导体光放大器的非线性偏振调制（PolM）效应,导出了稳态条件下SOA的偏振转换矩阵。通过数值仿真,描述了包括非线性自偏振调制（SPolM）、互偏振调制（XPolM）导致的偏振态在庞加球上的变化形态。计算结果表明,SOA偏振调制效应表现为偏振旋转特性,偏振旋转的大小由入射光强和偏振态决定,旋转结果表现为输出光中的TM模分量增加,而TE模分量下降。文章同时讨论了SOA驱动电流变化对PolM效应的影响以及由其引起的电光偏振调制（IPolM）效应,并仿真得出了电流变化导致的输出光偏振态的变化轨迹。     

光栅成像位置传感器中的偏振调制技术

提出了一种用于光栅成像位置传感器的偏振调制技术,利用米勒矩阵对其调制原理进行了详细的分析。该偏振调制器主要由起偏器、萨伐尔板、两块1/4波片、光弹调制器和检偏器构成。起偏器、萨伐尔板置于探测光栅之前,在探测光栅位置上形成两个错位的偏振方向正交的像光栅。两块1/4波片、光弹调制器和检偏器置于探测光栅之后,实现对莫尔信号的高频调制。该偏振调制技术消除了光源光强波动和电路增益变化引入的测量误差,抑制了杂散光、探测器噪声对测量结果的影响。实验验证了该偏振调制技术的有效性,结果表明这一技术使光栅成像位移传感器获得了优于12 nm的重复测量精度。     

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。     

星载激光测高仪大气传输延迟对测距精度的影响

地球表层的大气折射可对激光测高仪的激光脉冲传输造成延迟,该延迟对激光飞行时间的测量精度以及地球表面三维轮廓的监测造成显著影响.因此,激光测高仪测距精度需要通过大气传播误差函数进行修正.着重讨论了激光脉冲基于天顶延迟的计算方法和相关映射函数模型的选择,并采用NMF连分式映射函数分别对干项和湿项进行计算.结果表明,在1.0...     

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。     

基于小波变换的提高激光引信测距精度研究

为了满足激光引信精密测距的技术要求,通过建立目标回波信号的数学模型,利用Matlab对传统测距算法中的前沿鉴别法、恒定比值鉴别法和峰值检测法进行仿真,在研究的基础上提出了一种基于小波变换模极大值的测距方法。通过误差仿真分析,对比了四种算法的优缺点,结果表明小波变换法的效果明显优于传统算法,可将测距误差控制在厘米量级。     

基于非对称sinc函数拟合的激光测距算法优化

小型化的高重频多脉冲激光测距机采用数字化处理确定目标距离,接收电路带宽、数字化采样精度以及滤波算法等因素会影响测距的精度,文中在对测距误差分析的基础上提出改进测距精度的算法。首先,在对激光回波信号积累以提高信噪比的基础上,对回波信号波形进行中心差分处理、斜率阈值和幅度阈值条件处理,剔除伪峰值点,初步确定峰值点位置。然后,根据初定位后的波形特点,选择相应的指数函数进行非对称sinc函数波形拟合修正,估计波峰点相对准确位置,从而输出较为精确的目标距离。最后,将改进算法在matlab中仿真,实验结果验证了文中提出的修正算法对提高激光测距精度的有效性。     

高精度高重频脉冲激光测距系统

在三维激光扫描探测系统中,激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数.介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点,设计了一种以Nios Ⅱ嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统.通过分析影响测量重频和测距精度的因素,采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别,使用TDC-GP2高精度时间间隔测量...     

基于近红外小功率卫星激光测距研究

为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力,设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W）,0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面,分析了白天天光背景噪声强度,并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率,重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面,固定望远镜俯仰角（E=50°）,旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列,并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声,开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到,白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W,夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力,将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。     

基于气体池信号拼接的高精度调频连续波激光测距

在双光路调频连续波激光测距系统中,辅助光纤的长度标定精度直接影响了系统的测距精度。提出一种基于氰化氢气体池信号拼接的辅助光纤标定方法,通过提高辅助光纤标定精度进而提高系统测距精度。深入研究了基于氰化氢气体池标定方法的原理,为减小数据采集系统负担,利用信号拼接的方法进行改进。实验表明,与传统激光干涉仪的光纤标定方法相比,基于气体池拼接的标定方法具有更高的稳定性,同时,在3.8 m测量范围内,采用该标定方法的测距系统与干涉仪标准距离值误差不超过14μm,测量标准差低于17μm。