基于Sagnac干涉仪的保偏光纤拍长测试技术

分析了一种由单模光纤耦合器和保偏光纤组成的混合光纤Sagnac干涉仪的反射谱和透射谱,揭示了这种干涉仪的光谱调制特性.基于其透射光谱的极值点特征,提出了一种简单、高精度的保偏光纤拍长测试技术并进行了精度分析,确定了待测保偏光纤长度的优化参数;搭建实验系统进行了实际测试.实验结果和理论估计一致.研究表明:该技术操作方便、测量可靠,拍长测量精度可优于0.01 mm.     

可用于深空信息传输的光纤激光相控阵技术

提出采用面向动态连接的光纤激光相控阵的深空激光通信及全光组网技术,对4~35万千米深空探测链路功率进行了仿真,由于1.55μm掺铒光纤放大器的饱和输出限制,使其安全裕量大大低于1.064μm载波源的安全裕量。模拟了1.064μm的光纤激光相控阵在深空通信中的远场强度分布图,阵元数目为20×20时,阵元间距为20μm、纤芯半径为10μm,远场的扫描角度范围为±1.309°。结果表明,1.064μm光纤激光相控阵光源具有深空链路传输优势,该研究为面向动态连接的激光相控通信的实现提供理论依据。     

激光光纤准直系统的试验研究

介绍一种新的激光准直系统,该系统通过单模光纤建立新的光发射基准,从而有效地抑制了由于激光腔热变形而产生的光束漂移。另外,该系统采用了标量卡尔曼数字滤波器耒降低大气扰动和其他环境因素对测量的影响,在2.5m的测量范围内,系统稳定性可以控制在±1.5μm以下。该系统适用于作为形状误差和运动误差测量时的直线基准。     

保偏光纤模场分布的测量

介绍了一种新型的保偏光纤模场分布测试系统,它采用国标推荐的基准测试方法—远场扫描法作为测试方法,通过一定的技术改进,使之能够对保偏光纤端面的模场分布进行测量。并通过两种典型的保偏光纤两个主轴的模场直径的测量实验证明该测试系统具有测量精度高、自动化程度高和操作简单等特点,在保偏光纤对轴、熔接等领域有一定参考意义。     

基于EFPI-FBG结构的光纤复合传感器研究

研究了一种基于非本征型Fabry-Perot干涉仪(EFPI)和光纤Bragg光栅(FBG)串联结构构成的EFPI-FBG光纤复合传感器,用于实现对压力和温度信号的同步测量。传感器选用熔融石英作为压力敏感材料,利用飞秒激光焊接技术实现传感器探头结构的封装。对传感器的工作原理进行了分析,制作并封装传感器工程样机,搭建测试系统,对传感器的性能进行了灵敏度及交叉敏感性分析。结果表明,该传感器在0.8 MPa范围内的灵敏度约为-0.729μm/MPa,在50℃~200℃范围的温度灵敏度为0.009 nm/℃,传感器压力测量最大允许误差为±4.12%FS。该EFPI-FBG复合传感器有望应用于压力—温度双参数测量需求的技术领域。     

基于石墨烯膜的光纤Fabry-Perot腔干涉特性分析

针对以新型材料石墨烯为膜片的光纤法珀压力传感器,应用圆薄膜大挠度弹性理论,利用有限元法分析了均布载荷下石墨烯膜的挠度形变;并基于Fabry-Perot干涉仪原理,建立了光纤Fabry-Perot腔压力传感的数学模型.根据石墨烯膜折射率特性,分析了层数、入射光角度等参数对石墨烯膜反射率的影响,获取了腔长损耗以及薄膜挠度形变导致腔长变化而引起的干涉光谱变化规律.仿真结果表明,增加薄膜层数可提高反射率、改善干涉性能;但随着载荷增加,其对挠度形变的影响表现为反向递减效应.8层石墨烯薄膜可获得0.715%的反射率,且当腔长为40μm时,直径25μm薄膜的理论压力灵敏度约为10nm/kPa.这为基于多层石墨烯的膜片式光纤压力传感器的设计提供了理论依据.      

光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18nm的位移.      

一种非接触光外差轮廓仪

介绍了一种纳米级非接触超高精度光外差轮廓仪。该量仪是基于普通光路的外差干涉仪,两束具有微小频差的激光束照射到制件表面:其中一束光被会聚后作为测量光针扫瞄制件表面;另一束光则被用作参考光束。这两束光经反射后形成干涉,所得信号的光程差与制件表面高度变化成正比。量仪的横向分辩力小于2μm,垂直分辩力小于1nm。制件不需要进行大的调整。制件表面同时亦被作为测量参考面。经光电转换后,信号由微机处理,从而快速完成测量、计算、显示与打印各种参数与图形。     

基于光学微腔模式劈裂的角速率测量方法

传统的光学谐振陀螺(ROG)把背向散射作为重要误差源之一,须尽量抑制其影响.在光学谐振腔的品质因数极高时,背散光得到足够的增强,不能再被简单地视为噪声.背向散射会引发模式劈裂,所形成的劈裂模谐振频率会随腔体旋转角速率发生变化.结合Sagnac效应,修正有源光学谐振腔模式劈裂传感原理的数学模型,推导出腔体旋转角速率与劈裂值的映射关系式.通过仿真分析不同掺杂增益系数以及不同光纤锥耦合强度下的反射谱线,发现谐振腔工作在欠耦合区域更适合角速率测量.掺杂增益介质可以提高品质因数,减小谐振峰线宽,使得模式劈裂谱线更容易观测.理论与计算机仿真分析表明品质因数为108的光学微腔测量分辨率可达10-6(°)/s,所提出的角速率敏感机制很有应用前景.      

基于近场散射的颗粒粒径分布测量

针对传统的前向小角散射粒径测量系统中心光过强、杂散光干扰、散射角过小等缺点,本文采用一种新型的近场散射(NFS)方法测量前向小角散射光,研究并搭建了基于近场散射的颗粒粒径测量系统,将最大散射角提高到40.5°;在无需空白测量的情况下采用差分方法对透射光和散射光干涉成的散斑图像进行处理,有效去除中心光和杂散光的影响;对差分散斑图像进行快速傅里叶变换(FFT)频谱处理得到散射光强分布,利用Chahine算法对颗粒粒径进行了反演。最后,利用已知粒径(39.2μm和67.3μm)的标准颗粒对测量系统的准确性进行了单峰分布的验证,测量误差在5%之内;对于粒径为39.2μm和67.3μm的混合颗粒进行了双峰分布验证,在43.3μm和74.1μm处出现峰值,测量误差在10%左右。     

双干涉光纤陀螺光纤环温度致非互易性分析

双干涉光纤陀螺是一种新型光纤陀螺,可加倍Sagnac信号,具有轻小型、高信噪比的优点.为改善双干涉光纤陀螺光纤环的温度性能,针对其光路建立了光纤环温度致非互易误差模型,仿真分析了光纤环中90°熔点位置对温度致非互易误差的影响,提出了将90°熔点置于光纤环中点时陀螺的温度致非互易误差将显著减小,并进行了实验验证,实验结果与理论分析相符.结果表明将90°熔点置于光纤环中点可使双干涉光纤陀螺的温度致非互易误差降低为原来的1/400.      

基于GPS遥感的延迟映射接收机关键技术

全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)广泛应用于定位和导航,还可利用海面对GPS信号产生的散射效应进行微波遥感,是一种新型微波遥感手段.首先介绍了GPS海洋遥感测风技术产生背景及特点,给出了GPS散射信号测量技术理论基础,重点分析了延迟映射接收机设计中提高采样信号信噪比、双射频前端电路设计、计算反射点延迟、接收机工作模式、内嵌软件处理等5项关键技术.设计的延迟映射接收机样机在天津近海完成了首次搭载飞行试验,试验结果表明,延迟映射接收机可同时接收直射和海面散射卫星信号并输出导航定位解,正确计算镜面散射点码延迟,准确接收海面散射的GPS卫星信号,且散射信号信噪比达到了14.9 dB以上,接收机输出为反演海面风场提供了准确的基础数据,这种方式可推广到遥感探测陆地土壤湿度、海冰厚度、海浪高度等领域.      

基于分布式伪卫星的双星定位系统定位方法研究

在分析基于伪卫星技术的双星定位系统研究存在的问题的基础上,提出了一种基于分布式伪卫星的双星定位系统改进定位策略。该策略充分利用双星定位系统的现有资源,将地面标校站改组为分布式伪卫星站,在不改变双星定位系统现有工作体制的基础上,通过融合双星定位系统所有信息进行单点定位。仿真计算结果表明,该改进策略能使低纬度地区定位精度提高近3倍,达到20~60m,且其无源定位方式能够有效解决用户容量限制和隐蔽性、抗毁性较差等问题。     

W波段对脊鳍线过渡的波导微带转换设计CSCD

本文研究了 W 波段对脊鳍线过渡的波导—微带转换技术,对余弦平方渐变和 Spline 曲线渐变两种形式的对脊鳍线过渡进行了分析和仿真,并设计制作了 Spline 曲线形式的波导-对脊鳍线-微带转换,结构为背靠背。在整个 W 波段,单个过渡结构插入损耗小于1.3dB,回波损耗小于-13dB,在（90～99）GHz 内,单个过渡结构插入损耗小于1.0dB,回波损耗小于-20dB,实现了很好的宽带过渡性能。     

Satellite availability and positioning performance of uncombined precise point positioning using BeiDou-2 and BeiDou-3 multi-frequency signals

To realize the smooth transition from regional BeiDou Navigation Satellite System (BDS-2) to the global one (BDS-3), the integration of BDS-2 and BDS-3 is important for providing continuous, stable and reliable positioning, navigation and timing (PNT) services for global users. This work used 154 globally distributed multi-GNSS (Global Navigation Satellite System) experiment stations spanning 30 days to analyze the satellite availability and positioning performance of uncombined precise point positioning (UC-PPP) under current BDS-2 and BDS-3 constellations. We focused on three issues: the influence of BDS-3 receiver tracking abilities, the positioning performance among different areas, and the benefit of multi-frequency observations. The results show that the elliptical zone caused by poor BDS-2 satellite visibility is disappeared when the evenly distributed BDS-3 medium earth orbit satellites are introduced. When BDS-3 are integrated with BDS-2, the area with the Position Dilution of Precision (PDOP) less than 2 can be expanded to 75° S-75° N and 30° E-150° W. The positioning performance of BDS-3 and BDS-2/BDS-3 UC-PPP are seriously affected by the receiver tracking abilities of BDS-3 signals. When the maximum pseudo-random noise sequences (PRNs) of BDS-3 satellites tracked by stations are within 30 or 37, the positioning accuracy of static UC-PPP can be improved by 22.94% or 8.27% due to the integration of BDS-2 and BDS-3. Besides, the most improvement of BDS-2 and BDS-3 integration is achieved in Asia-Pacific regions, especially for the kinematic UC-PPP or the poor receiver tracking abilities of BDS-3. Similar to the multi-frequency BDS-2 UC-PPP, the benefit of multi-frequency signals for BDS-3 or BDS-2/BDS-3 UC-PPP is also non-vital. The three-dimensional positioning accuracy of BDS-2/BDS-3 multi-frequency UC-PPP in static mode and kinematic mode are 2.24 cm and 5.39 cm, while the corresponding convergence time are 49.62 min and 73.80 min, respectively. Compared with BDS-2, both the positioning accuracy and the convergence time of BDS-2/BDS-3 joint UC-PPP are improved by approximately over 50%, which indicates that BDS-3 has a great potential to provide high-quality PNT services as other global navigation satellite systems.     

Network based real-time precise point positioning

Network based real-time precise point positioning system includes two stages, i.e. real-time estimation of satellite clocks based on a reference network and real-time precise point positioning thereafter. In this paper, a satellite- and epoch-differenced approach, adopted from what is introduced by Han et al. (2001), is presented for the determination of satellite clocks and for the precise point positioning. One important refinement of our approach is the implementation of the robust clock estimation. A prototype software system is developed, and data from the European Reference Frame Permanent Network on September 19, 2009 is used to evaluate the approach. Results show that our approach is 3 times and 90 times faster than the epoch-difference approach and the zero-difference approach, respectively, which demonstrates a significant improvement in the computation efficiency. The RMS of the estimated clocks is at the level of 0.1 ns (3 cm) compared to the IGS final clocks. The clocks estimates are then applied to the precise point positioning in both kinematic and static mode. In static mode, the 2-h estimated coordinates have a mean accuracy of 3.08, 5.79, 6.32 cm in the North, East and Up directions. In kinematic mode, the mean kinematic coordinates accuracy is of 4.63, 5.82, 9.20 cm.     

不等径纤维混杂复合材料混杂原理

对碳化硅-碳(SiCF-CF)/环氧和硼-碳(BF-CF)/环氧2种不等径纤维混杂复合材料的混杂模型和机理进行了初步研究.建立了三角形和四边形阵列的混杂模型;分析了材料制备工艺对混杂阵列、纤维体积含量的影响.      

GPS/Galileo组合导航的模糊度搜索空间

为了组合导航的载波相位模糊度固定,将目前在GPS中常用的模糊度固定方法--最小二乘降相关平差（LAMBDA）法直接应用于GPS/Galileo组合模糊度固定,发现其搜索空间的确定方法并不能很好地适应GPS/Galileo组合中模糊度维数较高的情况。通过对常规LAMBDA搜索空间确定方法的分析比较,在传统方法的基础上提出了一种专门针对高维模糊度固定的搜索空间确定方法--修正法确定模糊度搜索空间。通过对修正法进行仿真试验,证明该方法能保证在GPS/Galileo组合定位模式下实际备选模糊度个数基本与预先设定的备选模糊度个数一致,进而能在不降低模糊度固定成功率的基础上有效提高LAMBDA模糊度固定的搜索效率,其性能优于传统的模糊度搜索空间确定方法。