北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
针对相位敏感光时域反射计(ΦOTDR)分布式光纤扰动传感系统中激光器的频率漂移严重影响系统定位准确度的问题, 提出了一种新的基于频谱分析的定位算法。该算法将采集的散射曲线数据进行傅里叶变换, 然后选择特征频率区间进行功率谱累加得出定位结果, 可以有效抑制激光器频漂引起的定位误差。最后搭建了长度为8km的样机进行定位算法的测试, 系统的信噪比得到了改善, 定位准确性提高, 验证了算法的有效性。
激光器频率漂移 定位算法 频谱分析 特征频率区间 laser frequency drift ΦOTDR ΦOTDR localization algorithm spectrum analysis characteristic frequency range
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院， 北京 100191
为了减小随机误差和野值对车载激光多普勒测速仪测速精度的影响，提出了一种自适应卡尔曼滤波算法。以“当前”统计模型为基础，结合车载测速仪实际特点建立了系统的状态空间模型，并利用速度观测值与预测值之间的偏差进行加速度方差自适应调整，同时根据卡尔曼滤波算法中新息的正交特性和速度估计误差，给出了能够剔除野值并实时反映路面特征的观测噪声方差自适应算法。仿真结果表明该算法的滤波收敛速度和估计精度都明显优于“当前”统计模型算法,实验结果证明该算法能够显著提高测速仪的测速精度与稳健性。
激光光学 车载测速仪 卡尔曼滤波 多普勒 中国激光
2014, 41(11): 1102006
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
为了减小激光多普勒自主测速仪天线安装误差引起的测速误差,以多普勒频移原理为基础,通过旋转矩阵的复合变换推导出测速误差与安装误差间的函数关系,分析了三个安装误差角对三维测速精度的影响,并对旋转矩阵采用Bursa模型线性化后在整体最小二乘准则下给出安装误差角的最优估计,从而实现测速误差的补偿。仿真结果表明: 测速误差随速度的增大而增大,影响纵向、横向测速精度的主要因素是偏航角,影响垂向测速精度的主要因素是纵倾角,补偿后三维测速误差显著减小。
激光光学 自主测速 组合导航 安装误差 整体最小二乘 laser optics autonomous velocimetry integrated navigation installation error total least-squares 强激光与粒子束
2014, 26(9): 091008
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100083
为了可以同时测量车辆的纵向和横向速度，提出了一种基于Janus配置的三光束激光多普勒测速仪(TLDV)。给出了TLDV的测速模型和测速公式，对其测速的相对误差进行了理论分析和数值仿真。结果表明：TLDV对车辆颠簸、摇晃不敏感，测速误差只受上下颠簸角的影响，与左右摇晃角无关；当车辆上下起伏速度一定时，测速误差随着上下颠簸角的增大而增大，当上下起伏速度为0.2 m/s，颠簸角为10°时，测速误差小于0.3%。最后，给出了一种TLDV光束方向的最佳配置方案。
激光技术 相干光学 相干激光雷达 多普勒测速 三光束 激光与光电子学进展
2013, 50(7): 071404
北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083
数字闭环光纤陀螺的动态性能受控制系统设计的影响.根据光纤陀螺数字闭环检测过程,建立了控制系统的数学模型.为在全频带内对模型进行验证,提出了基于Faraday效应的光纤陀螺频率响应测试方法,对该测试方法与角振动台测试方法的等效性进行了分析.设计了频率响应测试系统,测试范围大于50 kHz,波形失真小于0.1%.实测了采用一阶积分控制算法的数字闭环光纤陀螺频率响应.实验结果表明模型误差小于8%.
陀螺仪 光纤 闭环检测 模型 频率响应 测试
1 北京航空航天大学,电子工程学院,北京,100083
2 北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083
研究了掺铒光纤超荧光光源平均波长温度稳定性与光源结构和泵浦功率的关系,分析了不同结构和泵浦功率情况下平均波长随温度变化的原因.通过改变光源的结构和泵浦功率,改善了光源的输出光谱形状和吸收发射特性,从而改善了平均波长的温度稳定性.满足一定参量条件的双程后向结构光源,平均波长全温稳定性可达到1 ppm/℃,比目前实测的10 ppm/℃高将近10倍,且输出功率高而稳定.
导波光学 平均波长 温度稳定性 超荧光光源 掺铒光纤
1 北京航空航天大学,电子工程学院,北京,100083
2 北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100083
理论分析了非理想工作状态下闭环光纤陀螺的输出与探测光功率的关系.实验研究了探测光功率发生变化时,由电路误差导致的闭环光纤陀螺附加零偏的变化特性,明确指出了两者之间的关系.探讨了光路缺陷导致的附加零偏与光功率的关系,指出在作者实验室目前的技术条件下,观察不到由光路缺陷导致的附加零偏与光功率的关系,但不能肯定光路缺陷导致的附加零偏与光功率一定无关.
导波光学 闭环干涉型光纤陀螺 零偏 光功率
北京航空航天大学,仪器科学及光电工程学院,北京,100083
借助琼斯矩阵对全光纤电流互感器的偏振误差进行了研究.通过建立光纤电流互感器各主要光学器件的琼斯矩阵表达式,推出了反射式光纤电流互感器的干涉表达式,并分析了各光学器件主要参量对其测量准确度的影响.
光纤电流互感器 偏振误差 琼斯矩阵
