脉冲激光测距误差标定及不确定度分析CSCD

以脉冲激光测距机的测距误差标定为背景,通过对测距误差解析表达式的推导,给出了系统各不确定度分量对测距误差的影响,计算了信号延迟时间、探测器和激光二极管响应时间、晶振频率、大气折射率等不确定度分量。通过对某已标定激光测距机实验验证表明:该装置在500m^20 000m测距范围内,测量重复性引入的相对标准不确定度最大值为0.67m,满足该类激光测距机测量不确定度5m(k=2)的校准测试需求。因此,利用该解析表达式可以实现对脉冲激光测距误差的有效评估,这对于脉冲激光测距测试系统、脉冲激光测距机的设计具有重要的指导意义。     

激光测距通信一体化技术研究及深空应用探索

概述了空间激光测距通信一体化技术的研究现状,提出了一种激光精密测距与高速通信一体化技术,基于双向单程测距原理,在BPSK外差相干激光通信的基础上,采用码元相位测量实现了激光测距与通信一体化设计,并完成了地面实验验证。实验结果表明：在通信码速率1 Gbit/s的情况下,其测距精度优于0.9 mm,并分析了参考时钟频差对测距精度的影响。最后对激光测距通信一体化技术在未来深空探测中的应用进行了探索研究。     

全相位FFT频率测量在调频激光测距技术中的应用

调频连续波激光测距技术在常见的非合作目标激光测距技术中,目前具有最高的测量精度,其原理是对激光的光频进行线性调制,通过测量发射信号和回波信号的频率差反推目标的距离。因此频率测量精度对于距离测量精度具有决定性影响。传统FFT由于存在频谱泄露,且频谱细化方法从根本上受限于FFT的精度,导致测量精度低。全相位FFT较好的解决了频谱泄露的问题,具有相位不变性。本文提出将全相位FFT方法应用于调频激光测距,采用时移相位差法对频率进行测量,在MATLAB环境下对试验获取的数据进行频率解算并计算目标距离。试验证明,全相位FFT应用于调频激光测距数字信号处理时,在大于50m距离处测距误差小于0.3mm,达到了良好的应用效果。     

地月第二拉格朗日点卫星激光测距技术研究

介绍了月球/中继星激光测距的科学意义、研究状况和发展趋势;研究了地月第二拉格朗日点(L2点)纯反射式激光测距技术和任务设计,主要包含单体大孔径激光角锥反射器的设计与研制,以及基于云南天文台1.2 m望远镜的月球/中继星激光测距系统研究。研究结果表明:采用单脉冲能量3 J和10 ns脉宽脉冲激光器,预期系统能接收到的单脉冲回波光电子数约为0.74,单光子测距精度优于1 m。     

光电跟踪仪激光测距器性能检测方法研究

介绍了光电跟踪仪激光测距器的特点,提出了其重要性能指标一测距能力和精度的检测方法。采用半实物仿真技术测试反映测距能力的消光比参量;采用精密延时法,实现了测距精度的测量。检测装置的耦合透镜部件放置于平行光管靶面,容易与测试光电跟踪设备其它模块的装置进行集成。     

近程动态范围激光雷达测距系统设计及误差分析

针对脉冲激光雷达测距精度受限于距离动态变化导致的行走误差和时刻抖动误差的问题，设计了一种基于自动增益控制（AGC）技术及恒比定时鉴别（CFD）技术的激光雷达测距系统，可适应进程动态范围的测量目标，并提高测距精度。激光雷达测距系统在10~100 m的静态测距实验中，测距精度达到厘米级别。在动态三维扫描实验中，室内测量得到11.4~31.2 m范围内靶标的平面拟合均方根误差为2.05~4.35 cm，室外测量得到距离15.97 m处目标平面拟合均方根误差为3.54 cm。      

激光时间同步

介绍了利用激光测距技术进行时间同步的各种可行方法,包括地面同步系统和卫星同步系统。还介绍了如何利用搬运钟测量激光时间同步精度及测量结果如何评定。     

基于伪随机码相位调制和外差探测的高精度激光测速测距系统研究

为在远距离范围内实现高精度的激光测速测距，提出了一种联合利用伪随机码相位调制和外差探测技术的激光测速测距方法，并搭建了实验验证平台。当激光出射功率为2mW、参考光功率为117 、调制速率为100MHz、单周期内伪随机码序列长度为81.9 时，该系统在对位于约8 m处、径向速度约为1.4 m/s的目标进行测试时，可以实现0.138m的测距精度，以及4.16cm/s 的测速精度。实验结果证实，该套系统可实现高精度的径向速度和距离测量，且系统工作状态为长脉宽低峰值功率，为远距离的激光测速测距系统设计开辟了一条新途径。     

深空微波测距测速现状及发展建议

研究了国外深空测控无线电测距和测速的最新进展,包括欧洲空间局（European Space Agency,ESA）和美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）的深空测控系统测量精度提升计划。结合总体单位的X频段试验测试数据,分析了目前我国深空测控系统无线电测距测速现状,从测量设备层面以及空间传输等方面,包括目前深空站采用的超窄带锁相环以及提高到500 kHz的测距主音等措施,对测距测速的误差源进行了分析,探讨了测距和测速精度提升的主要制约因素。结合我国深空测控系统发展规划,给出了后续深空测控无线电测量的发展建议,结合相关课题研究成果,重点分析了多频链路和实时标校技术的可行性及具体效果。     

基于脉冲调制的卫星射频测试系统变频链路群延时参数校准

群延时参数是变频链路的关键指标之一,本文主要研究卫星射频测试系统变频链路群延时参数校准方法。卫星射频测试系统是卫星地面测试设备的重要组成部分,其变频链路的群延时特性对卫星测距功能测试及信号的传输质量具有重要意义;从群延时定义出发,讨论了群延时的测试原理和方法,提出并实现基于软件无线电技术的调制法测量群延时,该方法特别适用于内本振无法接入的变频系统群时延的精确测量;详细说明调制法的基本原理并研建校准装置。实验表明调制法测量群延时具有较高的精度。     

基于星光角距/激光测距的卫星组合导航方法

为了进一步提高卫星天文自主导航精度,提出了一种利用激光测距辅助的天文组合导航方法。激光测距能够直接获取卫星到地面参考信标的高精度距离信息,在以星光角距为观测量的天文导航系统中引入激光测距辅助数据,可以拓展滤波器观测量的维度,从而改善滤波效果。由于组合导航系统为非线性系统,为避免泰勒展开线性化引起的二阶截断误差,采用UKF滤波方法进行组合导航系统信息融合。仿真结果表明,所提出的组合导航方法能够明显提升导航精度,改善滤波性能。     

重力卫星星间高精度测距技术研究

卫卫跟踪(SST)技术是当前地球重力场测量最有价值和应用前景的方法之一.高精度星间测距系统是低低卫卫跟踪(SST-ll)重力卫星的关键有效载荷.GRACE卫星携带的K波段测距系统(KBR K Band Ranging System)是一微米量级的测距系统,通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据,可以恢复出地球重力场.GRACE后续计划又提出了一种更高精度的激光干涉测距系统.在研究KBR及激光干涉测距系统测量原理的基础上,提出了一种KBR系统的基本结构,详细分析了两种测距系统的关键技术及国内目前的研究水平,提出了我国开展星间测距系统研究的一些建议.      

高精度光纤光栅波长测试系统研究CSCD

为了准确测量光纤光栅（FBG）的中心波长,设计了一种高精度光纤光栅波长测试系统,主要由可调谐激光器和光功率计组成,采用波长扫描的方法进行测试。利用可调谐激光器输出光波长精度和信噪比高的特点,通过在光功率计的全量程范围进行波长扫描,得到高精度、大动态范围的光纤光栅反射光谱曲线,然后应用四次多项式拟合来计算中心波长。测试结果表明,系统在（1520 - 1590）nm 波长范围内,测量重复性优于0.5pm,测量不确定度为2pm（k=2）,可以满足传感用光纤光栅的测试需要。     

一种三维激光扫描系统的设计及参数标定

基于三维激光扫描系统的移动机器人动态环境地图构建技术是机器人智能感知技术的重要组成部分,而三维激光扫描系统的设计及标定技术对于地图构建的精度有决定性的影响。针对应用于小型移动机器人的三维激光扫描系统低成本、小型化的需求,设计了一套由高精度旋转云台和小型二维激光测距传感器组成的三维激光扫描系统,并提出了一种新的系统参数标定方法以提高三维扫描测量的准确度。该方法使用镂空圆孔标定板作为标定对象以完成对三维扫描特征自动准确获取,并根据非线性最小二乘法对三维激光扫描系统的参数进行优化计算。实验结果表明,所设计的三维激光扫描系统能够准确地测量周围环境的三维信息,实现了以低成本获得高质量环境建模的三维扫描数据技术。      

基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜定位研究

潜艇只在必要时刻才浮出水面，对实时通信和导航定位造成极大制约。蓝绿激光具有深水穿透性高、衰减系数低等优势，已在机载和星载平台对潜艇通信中得到验证。借鉴GNSS导航信号产生原理，结合蓝绿激光通信测距一体化与低轨卫星自身精密定轨，提出了基于蓝绿激光通信的低轨卫星对潜定位算法。通过在激光通信中增加载波相位调制，实现潜艇激光接收器的伪距测量，联合其高程测量信息实现水下定位。以一带一路海域，特别是中国南海区域为服务对象，优化星座参数设计了3颗卫星组成的低轨稀疏星座。潜艇在星座覆盖区域内保持静态，间隔1~3min完成至少两次通信测距和导航电文接收，联合两组观测数据、精密星历及高程测量信息进行定位解算。仿真结果显示，在卫星过境期间，考虑卫星定轨精度，激光在空气、水下传播误差等因素，潜艇可在水下实现X、Z方向定位误差优于100m，Y方向误差约100~150m的高精度定位，对提升潜艇的战场作战能力具有意义。     

飞秒激光系统图像调焦装置以及方法

飞秒激光直写技术在复杂三维微结构加工领域具有显著优势，而调焦是否精准直接影响了所加工结构的完整度.提出了在光路中临时置入调焦光源和物的图像调焦技术，通过调节物的位置使其成像面与激光聚焦面一致，从而通过清晰可分辨的成像状态间接反映激光聚焦状态.利用Zemax软件模拟分析了原飞秒激光光路与加入调焦光源和物的调焦光路，二者可实现相同加工物镜后工作距离与良好成像质量，证明了该方法的可行性.通过分析得到该过程的成像误差主要由成像镜头焦深(3.9 μm)引起，我们获得的理想调焦精度可达到1/2焦深以内.设计了单层高度为5 μm的二层圆柱结构，通过多次实验验证了所加工元件高度误差在1.5 μm范围以内，与理论分析一致，满足飞秒激光系统的调焦要求.