光学系统是测风激光雷达小型化的关键，光学设计的质量直接影响系统的整机性能。提出了一种全光纤多路收发非扫描多普勒测风激光雷达系统方案，对其工作原理作了简要介绍；在对激光雷达系统信噪比开展理论分析的基础上，提出了光学天线的视场、孔径、焦距等设计参数，并利用光学设计软件对光学天线进行了设计和仿真实验。该系统工作波长为1064 nm，设计结果表明，光学天线相对口径为1∶4.28，全视场角为20°×22.5°，总长为277 mm，后截距127.28 mm，有效焦距300 mm，口径70 mm，各视场光纤耦合效率均在65%以上，满足设计指标要求。

理论推导了三角形角反射器、圆形角反射器、六边形角反射器能够正常工作的最大入射角；推导出三类角反射器在不同入射条件下，有效反射面积的计算方法。进一步分析了各类角反射器的最大入射角、有效反射面积，为合作目标角反射器阵列的设计、回波能量的计算和远场衍射光斑的研究等提供了理论依据。

基于角锥棱镜的基本结构及定向反射的光学特性, 证明了同一光束出射点与入射点的对称关系以及不同入射光束出射点与对应顶点投影点的偏移量关系。推导出不同入射条件下角锥棱镜最大入射角及有效反射面积的理论计算方法, 并给出最大入射角随方位角和折射率变化的规律图线及有效反射面积随入射角、方位角、折射率变化的规律图线。研究为角锥棱镜阵列的有效反射面积、回波能量的计算、误差分析等提供理论基础, 且对正确设计使用角锥棱镜具有重要的理论指导意义。

光电码盘在实际研究和使用过程中遇到的质量问题, 如码道有亮点或暗斑、码道间相位差误差过大等缺陷, 会严重影响光电编码器的测量精度。提出一种新式码盘缺陷检测方法, 通过FPGA仿真分析实现检测码道上亮点或暗斑位置以及各码道间的相位差, 并确定相位差误差大小。通过实验仿真验证了所提出方法的有效性和可行性。

为了提高系统的集成度,同时兼顾精度,介绍用FPGA 延迟线插入法来实现较高精度的脉冲激光测时、测距的原理和技术途径。FPGA 延迟线插入法是在直接计数法的基础上,采用FPGA 内部延时单元将时间间隔转化为数字量,经高速锁存器锁存后得到代表延时信息的温度计编码值来实现高分辨率的时间测量。提出了一种实用的高速时钟下(400 MHz)延迟线延时信息的锁存方法,并设计了FPGA 时间数字转换电路及其延迟单元时间测量电路。测试结果表明,FPGA 延迟线插入法可以将单点时间分辨率提高到80 ps,多次测量可达40 ps,对应距离分辨率为毫米级。将其应用于脉冲激光测距系统,进行了测距实验研究,给出了实验数据和测量误差分析,最终得到±10 cm 的测距精度。

针对传统脉冲激光测距直接计数法精度低的问题,本文介绍用时幅转换插入法来提高脉冲激光测距时间测量分辨率和测距精度的原理和技术途径。提出了时幅转换电路设计中的几个关键问题。在脉冲激光测距实验平台中对设计的时幅转换电路进行了性能测试实验。结果表明,时幅转换插入法将时间测量分辨率由10ns提高到20ps,测距精度由1.5m提高到5cm。最后分析了影响脉冲激光测距精度的误差因素。

交流伺服驱动动系统包括三种指令形式,即脉冲指令,速度指令,转矩指令.结合实际的应用,采用模拟量脉冲指令的形式对整个伺服驱动系统加以控制.为此,使用XILINX公司生产的XCS20TQ144芯片设计硬件电路,并结合伺服软件算法,得到了满足实际需求的直线型加速曲线,指数型加速曲线和铃状型加速曲线.

该扫描跟踪实验装置以TMS320F240为核心,辅以外围电路,控制俯仰和方位电机,使之协调工作,以开环和闭环相控制结合的方式完成对目标的初始引导、扫描、捕获、跟踪,获取运动目标的位置信息并完成信息的传输.实验表明,此方案的行扫描频率达到25Hz、目标捕获时间小于3s,跟踪速度达3.0°/s,且具有功耗低、体积小的特点.

在使用光栅进行长度和角度测量的应用中提供可靠的参考基准是非常重要的.根据零位脉冲产生的基本理论,并结合实际应用中的一些客观要求,采用计算机模拟,寻找最佳零位刻线序列,达到了预期目的.在此基础上进行了对称式零位刻线序列的设计.