基于波长调制激光吸收光谱(WMS)技术的气体浓度测量系统是燃煤电厂氨逃逸监测的主要手段。调制深度的选择是影响波长调制激光吸收光谱测量信噪比的关键, 设计NH3分子吸收光谱调制参数优化的数值仿真试验, 研究发现在200 ℃伴热条件下, WMS测量系统的最优调制深度为0.238 8 cm-1。在-20~500 ℃的宽温度范围内, 随着温度的提高, 最优调制深度接近线性的降低, 最优调制深度am与摄氏温度T之间的关系可以用公式am=0.291 8-3.265 14×10-4T+2.282 14×10-7T2精确地描述, 该结果对燃煤电厂氨逃逸监测系统的调制参数优化具有重要的指导意义。

高斯型掺铒光纤光源稳定性高, 可有效减小光纤陀螺相位误差, 从而提高光纤陀螺的测量精度。通过对掺铒光纤光源的经典结构进行理论分析, 提出了由双程前向结构和单程后向结构复合而成的双级单泵浦结构, 并对其进行光路结构仿真, 以确定最佳的光路参数范围。泵浦输出波长和功率的稳定性直接影响光源的功率稳定性和平均波长稳定性, 因此针对电流驱动型泵浦激光器设计了恒流驱动方案和恒温控制方案。试验结果表明, 所研制的掺铒光纤光源在-45~65 ℃的温度范围内, 全温功率变化率为8.27%, 全温平均波长稳定性为1.7×10-6 K-1。

激光多普勒测速技术具有非接触、无磨损、精度高等优点, 被广泛应用于工业、航海、航天等领域的高精度速度、加速度、长度测量。双光束激光多普勒测速技术作为其中的一个分支, 具有结构简单、抗干扰强的特点。为提升双光束激光多普勒测速技术的测量精度, 搭建一种测量圆周转动线速度的轴对称型双光束激光多普勒系统, 采用高速响应的探测器观测差频信号。当目标的线速度为1 596.6 mm/s时, 激光多普勒差频信号理论值是0.975 MHz, 测量角度为0°, 实验观测到的差频信号是1.013 MHz, 与理论值相比误差约为3.8%; 进而变换观测器的不同角度位置, 测量得到的多普勒频移和0°的频移误差在0.8%以内。结果表明, 该测量系统能够测量到运动物体的多普勒频移信号, 同时更改双光束激光多普勒测速的观测器角度, 不影响测量结果。该实验系统为后续进一步进行激光多普勒测速技术的研发打下了良好的基础。

利用激光超声技术, 研究生产中常见的弧形表面缺陷的无损检测方法。首先基于热弹机制建立弧形表面缺陷检测的有限元仿真模型, 探究不同尺寸参数的缺陷对表面波反射回波及透射波的影响; 然后采用经验模态分解法对带有缺陷信息的反射回波和透射波信号进行了分解, 提取相应特征频率的信号进行叠加; 最后根据超声特征参数的变化规律, 建立了缺陷深度的预测模型。结果表明, 利用透射波特征参数计算得到的缺陷深度与实际缺陷深度相比的最大误差仅为0.6%, 因此提出的预测模型具有较高的精度, 可用于弧形表面缺陷的现场检测。

采用某品牌道路综合检测车的车载式激光路面平整度检测系统，通过试验研究发现连续纵坡和小半径圆曲线路段下的纵断面相对高程及相应的国际平整度指数IRI测试结果存在异常波动。主要原因是检测车在连续上坡阶段车身姿态表现为后仰，连续下坡阶段车身姿态表现为俯冲，左转弯时车身姿态表现为右倾，右转弯时车身姿态表现为左倾，车身的俯仰和侧倾姿态会协同激光测距传感器产生偏移，导致输出的断面高程数据异常，国际平整度指数IRI测试结果失真。试验研究结果表明，基于激光测距及单轴加速度惯性修正技术的车载式激光路面平整度检测系统对于低等级公路复杂线形路段存在不适用性，其相应的激光测距修正技术尚待进一步研究。

采用目前方法进行脉冲激光测距时，无法消除正弦函数产生的时间累积误差，存在重构精度低和测距误差大的问题。提出ARM嵌入式支持下高精度脉冲激光测距研究方法，该方法在脉冲激光测距中引入ARM嵌入式高速核处理器，进行多帧相关检测、自适应门限检测和滤波降噪，并通过多点平均法消除脉冲激光测距过程中存在的时间累积误差，在此基础上通过差频测相方式提高脉冲激光测距的精度。实验结果表明，所提方法的重构精度高、测距误差小。

回环检测是同时定位与制图(SLAM)中一个重要且具有挑战性的问题。目前多数研究集中在视觉位置识别上，即通过外观来识别是否位置重复。为此，提出一种基于全局描述符的环路激光SLAM检测算法。利用全局描述符来提高回环检测的效率，使用相似度评分来计算两个扫描上下文之间的距离，并利用两阶段搜索算法来有效地检测回环。在公开数据集KITTI上测试，对算法进行评价。该算法与现有的LeGO-LOAM算法相比，表现出了更好的效果。

针对现有树干分割受到枝叶遮挡以及噪声影响导致精度不高的问题，提出了一种根据点云法向量的分层树干分割方法。首先对树干进行嵌套处理，在保留完整树干的同时去除下垂枝叶；其次对树干进行分层处理，并对每一层点云进行统计滤波；最后计算每层点云的法向量，根据其统计特征计算正确的分割高度。以银杏、水杉和柳树三种树木为研究对象进行实验，结果得到决定系数分别为0.974、0.934、0.922，均方根误差分别为0.070 m、0.075 m、0.132 m，说明所提方法具有较高的分割精度，能够为树木结构参数的准确提取提供技术支撑。

为了提高激光雷达点云去噪效果，提出不同尺度算法。首先采用均值法删除激光雷达点云数据的重复点；其次对噪声点进行判断；再次对偏离主体点云较远的大尺度噪声动态设置距离阈值，初始时设置较小的距离进行噪声点的大范围删除，再逐渐增加距离值，小范围删除噪声点；最后采用改进双边滤波算法处理与主体点云混在一起的小尺度噪声点，使数据点向法向方向聚集，不断调整采样点的位置及坐标，移动采样点的位置至修正后的位置，从而达到光顺去噪。实验显示，所提算法能够保持扫描目标点云数据的整体与局部特征，信噪比指标均值为17.56 dB，均方根误差指标均值为0.34，平滑度指标均值为0.21，优于其他算法。