华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
针对车载行进间状态下光电平台稳像效果不佳的问题, 提出了一种有效的优化方法, 即减小陀螺采样频率和系统控制周期, 在驱动电路中增加电流环, 同时在控制回路中增加扩张状态观测器实现对扰动的观测和补偿。从摇摆台测试和实际跑车测试两方面检验了所提出方法的有效性。摇摆台三轴3°、2 s摇摆条件下, 光电平台双轴稳定精度优于0.15 mil(1σ); 土石路面, 车速15~30 km/h情况下, 光电平台双轴稳定精度优于0.2 mil(1σ)。该方法简单有效, 在传统PID算法的基础上, 仅需做适当的优化, 即可实现较明显的稳定精度改善。该方法同样适合于舰载、机载光电平台, 并已在相应的光电平台中得到应用。
采样频率 电流环 扩张状态观测器 比例积分微分控制 光纤陀螺 sampling frequency current loop expanded state observer PID control fiber optic gyro
1 武汉大学 遥感信息工程学院，湖北 武汉 430079
2 深圳大学 自然资源部大湾区地理环境监测重点实验室，广东 深圳 518060
全波形激光雷达测距精度，又称测距重复精度或测距标准差，受激光器出光稳定性、激光脉宽、探测器响应时间抖动、电路噪声、波形形态、波形采样频率和波形处理算法等因素影响。理论分析了不同采样频率和不同脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响，并采集不同的采样频率(1.25、2.5、5 GHz)和不同脉宽(1、2、3、···、10 ns)条件下的波形数据，经滤波、插值、波形提取等预处理后，利用线性高斯拟合、加权线性高斯拟合、迭代加权线性高斯拟合、期望最大化算法、和Levenberg Marquardt算法共5种算法计算测距值并统计测距精度。实验结果表明，EM算法获得的测距精度相比其他4种算法受到波形畸变的影响最小；加权线性高斯拟合算法获得的测距精度受采样频率变化的影响最小；相同波形幅值条件下，实际脉宽增加2.47倍，利用EM算法获得的测距精度从0.97 mm下降至1.18 mm，因此增加脉宽会降低测距精度；在光脉宽为4 ns的情况下，5 GHz采样频率数据在EM算法获得的测距精度分别为2.5 GHz、1.25 GHz采样频率数据的测距精度的1.71倍和3.07倍，而当2.5 GHz和1.25 GHz采样频率数据分别插值2倍和4倍至5 GHz后，仅为1.17倍和1.29倍，因此提高采样频率能够提高测距精度，而对低采样频率数据进行插值能够获得接近高采样频率数据的测距精度。
全波形激光雷达 采样频率 距离测量 高斯拟合算法 full-waveform LiDAR sampling frequency distance measurement Gauss fitting algorithm 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210363
1 南华大学 电气工程学院，湖南 衡阳 421001
2 核工业西南物理研究院，成都 610041
中性束注入弧电源的性能严重影响弧放电的稳定性和中性束加热的效率。HL-2A装置弧电源采用基于晶闸管相控调压和12脉波不控整流的线性电源技术；HL-2M测试束线弧电源采用基于超级电容和IGBT全控整流的开关电源技术。为了优化电源系统性能、改进弧放电稳定性，研究了采样频率对弧放电稳定性的影响。通过对两套电源控制系统进行建模，利用MATLAB仿真了不同采样频率下HL-2M弧流电源控制系统的阶跃响应性能和HL-2A的控制系统性能，分析了采样频率对系统性能的影响。利用离子源测试平台进行不同采样频率下的弧放电实验对仿真结果进行验证，实验结果与仿真结果一致。实验结果验证：采样频率对弧放电稳定性有很大影响，在频率可调范围内，增大采样频率，可以提高控制系统性能，优化弧放电稳定性；HL-2A弧放电不稳定的原因是晶闸管导通特性和滤波电路引起的。
中性束注入 HL-2A HL-2M 弧电源 控制系统 采样频率 neutral beam injection HL-2A HL-2M arc power supply control system sampling frequency 强激光与粒子束
2021, 33(8): 085002
1 上海海事大学物流科学与工程研究院, 上海 201306
2 上海海事大学物流工程学院, 上海 201306
针对传统光线投射算法在三维场景中绘制大量烟雾数据时存在计算资源消耗大、绘制速度缓慢等一系列问题,提出一种基于改进光线投射算法的室内烟雾可视化方法。将三维数据场按照统一大小划分成均匀的数据块,求出光线穿越数据块时入射点和出射点的中点位置,利用视点和中点之间的距离比例来调整采样频率,从而获得重采样点的位置。再通过对光线上的重采样点进行分级分组操作,对处于不同级别的采样点采取不同的插值策略,最后使用图像合成算法完成光线上重采样点数据值的映射,得到室内烟雾的渲染效果。实验结果表明,该方法是可行且有效的,与现有的光线投射算法相比,在保证绘制图像真实性和稳定性的前提下,改进过后的光线投射算法极大地减少了渲染过程中重采样和线性插值时的计算量,同时帧率能够稳定保持在75 frame·s -1左右,可满足不同室内场景下烟雾的实时绘制要求。
图像处理 光线投射 室内烟雾 采样频率 线性插值 激光与光电子学进展
2021, 58(4): 0410005
1 中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 国家卫星气象中心, 北京 100080
风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的核心是一台红外傅里叶光谱仪,为了提高探测仪观测资料的定量化应用水平,必须对其进行精确的在轨光谱定标。对于傅里叶光谱仪来说,光谱位置由干涉图的采样点数和参考激光频率共同决定,因此光谱定标的关键是确保参考激光频率的稳定性。本研究利用逐线积分辐射传输模式得到参考大气吸收谱线,通过比较探测仪观测光谱与参考光谱的均方根误差来确定激光的有效采样频率,从而实现探测仪的在轨高精度光谱定标。该方法已应用于风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的在轨光谱定标中,具有较高的应用价值。
傅里叶光学 傅里叶光谱仪 光谱定标 激光采样频率 风云四号A星
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 清华大学 精密仪器系, 北京100084
钠信标已经成为地基大口径望远镜自适应光学系统的必要组成部分。钠信标光斑大小和回光数是影响自适应光学系统性能的关键因素, 从发射角度考虑, 主要由激光到达钠层时功率密度分布和耦合效率共同决定。为了准确估计钠信标光斑大小和回光数, 首先建立了激光在大气中传输的模型, 通过分析激光发射望远镜口径和上行路径大气湍流对激光到达钠层功率密度分布的影响, 得出优化激光发射望远镜口径的普适方法; 然后根据激光通过发射望远镜后到达钠层的功率密度与耦合效率的关系, 计算钠信标光斑大小和回光数; 最后利用探测误差和时域误差作为评价指标, 计算了系统的最优采样频率。研究结果表明, 针对丽江高美古天文台大气条件(大气相干长度(r0@550 nm)中值为7~9 cm), 激光发射望远镜口径最佳值为300 mm, 此时产生的光斑最优; 当r0为9 cm, 激光器采用中国科学院理化技术研究所20 W级百微秒脉冲激光器并利用D2a+D2b双峰泵浦激发钠原子时, 产生的钠信标回光数为1.3×107 photons·s-１·m-2, 光斑大小为0.6 ″, 最优的采样频率为900 Hz。
自适应光学 钠信标 光斑大小 回光数 采样频率 adaptive optics sodium laser guide star spot size photon return sampling frequency 红外与激光工程
2019, 48(1): 0106004
Institute of Industry and Trade Measurement Technique, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
国防科学技术大学 光电科学与工程学院， 长沙 410073
为满足高动态环境下的激光多普勒测速仪信号处理需要，提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的激光测速仪信号处理方案。在FPGA内部完成全部信号处理的内容，利用快速傅里叶变换（FFT）算法得到信号的频谱，利用能量重心法对离散频谱进行校正，开发采样频率自适应算法，兼顾测量准确度与测量范围的要求，最后将结果通过通用串行总线上传个人计算机显示。程序采用流水线方式设计，提高信号处理速度。经过实验验证，数据更新率达到2.4~24 kHz, 数据延迟时间为123~1230 μs，测量准确度优于8×10-4，测量稳定度优于2.5×10-7。
高速信号处理 激光多普勒测速仪 离散频谱校正 采样频率自适应 现场可编程门阵列 high-speed signal processing laser Doppler velocimetry discrete spectrum correction adaptive algorithm of sampling frequency field programmable gate array 强激光与粒子束
2015, 27(11): 111008
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春，130033
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春,130033
3 中国科学院大学,北京,100039
虽然增加探测器的时间和空间采样频率可以提高亚像元成像系统空间分辨率， 但探测器采集到的数据易发生混叠，使重构得到的图像的分辨率无法达到理想值。本文以3片线阵探测器亚像元成像为基础，提出一种超分辨率重构算法。首先，在高分辨率网格上建立插值模型；然后，辨识插值重构图像在线阵列方向和扫描方向的模糊核，得到整幅图像的模糊核；最后，采用带有Neumman边界条件的梯度平滑正则化模型去除模糊，抑制振铃效应。实验结果表明，该算法使亚像元成像系统分辨率为单线阵探测器无过采样成像系统分辨率的2.6倍；与双线性插值法相比，平均灰度等级(GMG)提高了7.71。该算法可以进一步实现对更多片线阵探测器亚像元成像的超分辨率重构，获取更高的系统分辨率。
三线阵探测器 亚像元成像 采样频率 空间分辨率 超分辨率重构 three linear array detector sub-pixel imaging sampling frequency spatial resolution super-resolution reconstruction
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
介绍了激光陀螺(RLG)读出信号高速采集系统的设计和实现方案。该系统包括板卡和相应的应用软件,提供两路最高60 MHz采样频率、14位精度的数据采集通道,能够同时对RLG两路光强拍频信号进行高速高精度数据采集,为RLG特性分析提供重要依据。该系统通过上位机软件控制板卡的工作状态、设置和切换采样模式。板卡利用FPGA接收计算机指令并协调控制模数转换器、SDRAM和USB接口芯片,完成RLG输出拍频信号的采集、缓存和传输。FPGA设计中结合了硬件逻辑高速灵活的优点和NIOS Ⅱ软核处理器在控制方面的优势。SDRAM完成海量数据缓存,USB接口芯片工作在SlaveFIFO模式下,实现板卡与计算机的通信。实验证明该系统工作稳定,在RLG测试和性能分析中具有很好的实用性。
激光陀螺 模/数转换器 数据采集 采样频率 ring laser gyro analog-to-digital converter data acquisition sampling frequency
