调频激光雷达空间测量技术探讨

论述了调频激光雷达测量原理及测量系统的硬件组成和软件实现方法,并给出了相应的实验数据和准确度分析。     

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。      

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。     

激光雷达复材型面测量精度分析方法

针对激光雷达复材型面测量时测量精度的评定需求，提出了一种基于激光雷达回波信号信噪比（SNR）的精度分析方法。通过对复材型面检测结果进行评价，获取零件脱模后准确的变形量结果，有利于实现精准修模。所提方法考虑了测量工程中待测距离、入射角、材料属性等因素对测量结果产生的影响，研究激光雷达型面测量过程中回波信号信噪比与测量精度的联系，利用信噪比的变化规律，结合仪器不确定度，确定测量点云不同区域的精度修正因子，实现激光雷达大尺寸复材型面变形量检测结果的测量精度分析，减小了测量误差对变形量的影响。所提方法能准确评价测量结果的精度，获取复材型面的真实变形量。      

调频连续波激光雷达距离-多普勒解耦新方法

调频连续波激光雷达探测运动目标时,通常采用二维傅里叶变换解耦合方法.当探测高速运动目标时,由于目标移动导致不同调频周期的中频信号频谱峰值不在同一距离单元,用二维傅里叶变换法进行解耦将产生速度模糊.新的解耦方法通过对多个周期的中频信号频谱峰值位置进行直线拟合,获得目标径向速度估计值.利用速度估计值构建多普勒补偿信号,并与原中频信号相乘.补偿后的中频信号频谱峰值在同一距离单元内.将补偿后的中频信号用二维傅里叶变换法获得的径向速度与之前的速度估计值相加,得到最终的目标径向速度.仿真结果说明新方法在获得较高测距、测速精度的同时,可以有效提高调频连续波激光雷达的无模糊速度.     

一种超低调频失真的测试方法

调频非线性失真是调频信号计量中需要测试的一个重要项目,对于一些调频失真指标很高的信号源,传统的失真度测量仪已不能直接测量其失真指标。通过分析调频非线性失真和调频线性度的关系,探讨了测试超低调频失真的一种方法,解决了用失真度测量仪不能直接对调频非线性低失真测试的问题。     

激光雷达扫描仪在网状天线测量中的应用

从原理和结构上介绍了激光雷达扫描仪,并针对其绝对测距原理进行分析。结合该仪器的技术特点,对激光雷达扫描仪应用于网状天线形面测试和电性能测试做了介绍。通过对测试结果分析,证明激光雷达扫描仪技术的先进性和适用性,并展望其应用前景。     

一种非合作卫星目标立体视觉测量技术

针对空间非合作卫星近距离的相对位置和姿态测量问题,提出一种立体视觉测量技术.使用激光雷达为双目立体视觉提供先验距离信息和粗略姿态,在双目相机左右图像特征提取时增加视差范围约束,限定左右图中同名特征点提取的范围,可避免杂光条件下局部复杂纹理的干扰,有效降低计算复杂度,提高图像处理的速度.通过地面闭环试验对测量技术进行了验证,实验结果表明方法的有效性和先进性.     

发动机推力线快速测量方法研究

以某型号发动机喷管为测量对象,提出了一种使用激光雷达等高精度非接触测量仪器测量发动机推力线的快速测量方法。经误差仿真分析,该方法具有较高的测量精度,并具有测量速度快、成本低等特点,在航天工程测量体系中具有非常广阔的发展空间。     

武汉上空对流层与平流层大气密度和温度探测的初步结果

利用武汉大学Rayleieh/钠荧光散射激光雷达和无线电探空仪进行联合探测的数据,反演出武汉地区上空(30.5°N,114.4°W)0—65km处的密度和温度分布曲线,并简单阐述了激光雷达的工作原理。将测量结果和MSISE-90参考大气模式比较,二者结果基本符合,温度廓线在中层顶附近和模式的差别约为3K。同时利用激光雷达探测到了中层大气中的重力波活动。     

国外天基激光遥感发展研究(下)

3 多普勒激光雷达 □□多普勒激光雷达是利用激光源与被测物因相对运动而产生的多普勒频移进行测量的.当目标远离激光源运动时,返回脉冲波长增长;当目标接近激光源运动时,返回脉冲波长缩短.     

八毫米波段体效应管振荡源噪声特性测试方法的研究

本文介绍了测量微波振荡源近载频的频谱特性的各种方法。从频域方面着重叙述了微波振荡源的调频噪声、调幅噪声、谱线宽度的测量原理,测量方法,测量结果和各种注意事项。在时域方面介绍了微波振荡源的频率短期稳定度、长期稳定度、开机特性和温度特性等测量的原理和测量结果。得出的频域和时域的结果基本吻合。同时指出测调频噪声是评价微波振荡源的频谱特性最有效的手段。首次开展了八毫米波段国产体效应管振荡源的频谱特性和噪声参数的测试工作。     

宽带LFM信号的线性度测量

介绍了一种采用微波延迟线鉴相的方法对宽带LFM信号的线性度进行测量的装置。在该装置中,使用光纤、电缆实现微波延时,在小波变换的基础上采用相位建模以提高瞬时频率的测频准确度,根据线性调频信号的调频形式建立数学模型,得出了线性度的数学表达式。     

稳频半导体激光器线宽测量

窄线宽稳频激光器在精密干涉测量、光学频率标准、激光通信、激光陀螺、激光雷达、基本物理常数测量、冷原子系统等研究领域有着广泛的应用。稳频激光器的线宽是评价稳频性能的一个重要参数,利用AV4036系列频谱分析仪设计并搭建了用于稳频半导体激光器拍频线宽测量的实验系统,验证了方案的可行性。     

基于小波变换的LFM信号的线性度测量

线性度的测量对于衡量LFM信号的技术指标具有重要意义,介绍了一种线性调频信号的数学模型,分析了小波算法的原理、小波函数和参数的选取以及小波算法的特点,提出了将小波变换应用于LFM线性度测量中的方法。     

基于1.55μm的全光纤测速激光雷达

针对传统相干激光雷达难于实现本振光与信号光波前匹配的问题,设计了一种基于光纤低损窗口1.55μm的全光纤测速激光雷达.系统以全光纤器件构成整个光路结构,偏振无关光纤环形器与Cassegrain型望远镜组成收发合置光学天线.给出了激光雷达的整体方案和系统设计,并对接收机的光混频、天线与单模光纤的耦合、信号检测和数据采集处理等技术进行了讨论.通过实验说明,全光纤测速激光雷达对空间光随机噪声有较好的抗干扰能力,提高了干涉条文可见度和雷达系统的性能,所得的速度分辨率优于0.5mm/s,输出非线性度小于0.1％.     

基于先验子图检测的失效航天器SLAM方法

基于激光雷达的航天器位姿估计技术是当前在轨服务研究热点。针对失效航天器位姿估计,将通用的图优化SLAM技术应用到空间非合作目标的研究中。为解决SLAM算法在动态场景中产生累积误差问题,利用失效航天器自身运动特点,提出一种基于先验子图检测改进的SLAM算法。在该算法中,通过激光雷达和惯性测量单元分别采集失效航天器及周围环境的点云数据、服务航天器的运动信息,构建出服务场景下航天器的相对位姿图;再采用先验子图检测方法建立不连续的位姿节点间的约束关系;最后用约束信息对位姿图进行优化。仿真结果表明,相较于通用的SLAM算法的位姿估计,该方法减小了累积误差,提高了相对位姿估计精度,可以为后期的导航、控制等在轨任务提供信息。     

利用激光雷达系统跟踪火箭

根据计划人员要求，在美国新墨西哥州沙漠进行的一系列试验对利用天基敏感器为机动导弹发射装置精确定位技术进行了论证。洛斯阿拉莫斯国家实验室计划经理汤姆·迈耶说，该敏感器也可以用于未来美国战区导弹防御系统。该设备使用的技术被称为激光探测和测距，或者叫激光雷达技术。它是用装备了激光器的探测器跟踪飞行中的火箭发动机产生的喷气火舌。激光雷达用激光照射喷气火舌，部分激光被喷气火舌反射回来，利用激光雷达装备的１４英寸望远镜测出反射光，并利用计算机分析望远镜测到的激光，确定喷气火舌的位置。由于火箭产生的喷气火舌比…     

利用调频信号实现低频振动传感器的快速校准

为了充分提高超低频振动校准系统的实用性,针对低频传感器校准的需要和该系统的特点,提出了利用调频正弦波作为激励信号,只需要一次测量即可实现对低频振动传感器的校准,校准时间由几十分钟缩短到几分钟甚至1min之内,校准效率大大提高.为了避免由于系统幅频特性不理想而在较高频段对传感器校准精度不高的缺点,提出了利用系统的动态频率特性和线性调频波时频域相关的特性,设计相应的数字补偿滤波器实现对信号源的瞬时补偿,从而实现振动台的线性调频振动.实验结果表明,振动台能够输出较补偿前更为理想的线性调频波,校准结果也更接近绝对校准,且重复性好,同时满足了校准效率和精度的要求.      

信号源特性和测量方法

本文是一篇关于频率稳定度测量技术和频率源噪声特性的评论性文章。首先,介绍频谱分析和时域测量的发展历史,然后对双采样(阿仑)方差而不是对传统的方差加以叙述。其次,交替使用不同方法对一整套测量步骤加以概述。还给出了测量结果的解释方法。特别是将讨论五种常用噪声模型(白色调相、闪变调相、白色调频、闪变调频和随机游动调频)及其产生原因和分类方法。讨论了不同量度的置信区间。此外,还指出了当数据点为一固定数时改善置信区间的方法。这些内容将从概念上详细地加以阐明,仅作少量(基本)的数学论述。虽然本文将对传统的概念加以详细叙述,但是在文中提出了两个新的题目:(1)数字分析和用计算机进行分析的精度极限;(2)从一组固定输入数据中选择最佳结果。最后部分将专门介绍通用频率标准中噪声的基本(物理)原因。还介绍了时域—频域的变换及其反变换。