《基於有源協作的超長距離精密雷射測量方法》是依託哈爾濱工業大學，由胡鵬程擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於有源協作的超長距離精密雷射測量方法
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡鵬程
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
下一代大型裝備製造業和大科學裝置的發展將提出超長距離、精密和實時測量需求。針對這一問題，在相位法雷射測距原理的基礎上，結合超長距離、精密、實時特徵，首先，提出一種有源協作式相位雷射測距方法，變現有單光束往返傳輸模式為雙光束單程傳輸模式，以大幅抑制回光能量衰減、提高最大測程；其次，基於多測尺頻率同步調製與同步解調、實現多測尺並行同步測距，以提高測量實時性和測量精度；接著，基於Kalman濾波和狀態估計方法，對被測目標快速運動引起的動態測量誤差進行預估補償、提高動態測量精度；最後，有機融合上述方法，形成超長距離精密雷射測量新方法。研究內容包括新方法的機理、所引出的問題和關鍵技術。主要技術指標：在數百米至數十千米內，達到毫米至數百微米的靜、動態測量精度。本項目的研究在未來大科學裝置、新一代大型航空航天裝備製造和小衛星編隊飛行等前沿領域中具有潛在的廣泛套用前景。
結題摘要
下一代大型裝備製造業和大科學裝置的發展將提出超長距離、精密和實時測量需求。在相位法雷射測距原理的基礎上，結合超長距離、精密、實時特徵，本課題研究了一種基於多頻同步調製的有源協作式相位雷射測量方法。①針對現有的反射式相位雷射測距系統在進行遠距離測量時回光功率急劇衰減、難以進行遠距離測量的問題，提出並研究一種有源協作式相位雷射測距方法，在被測目標端採用有源協作目標實現測距雷射的中繼放大，變現有單光束往返傳輸模式為雙光束單程傳輸模式，使得測量系統回光能量的衰減形式由現有的被測距離的四次方衰減函式變為二次方衰減函式，從而可大幅增強系統回光能量及信噪比、提高有效測程，理論研究表明，相同條件下，當被測距離為10 km時，反射式系統的衰減為-73dB，而有源協作式系統的衰減僅為-45dB，接收光功率增強了631倍。②提出並研究一種基於多測尺頻率同步調製與同步解調的相位雷射實時測距方法，變現有的多頻測尺串列變頻測量結構為多頻測尺並行同步測量結構，以在同一時刻獲得各測尺頻率針對被測距離的測量結果，克服現有多測尺大量程相位雷射測距方法存在的測量時間隨測尺頻率數量增加而增加的問題。③研究了基於Kalman濾波的動態測量誤差預估補償方法，利用上一時刻目標狀態的估計值以及當前時刻的狀態預測值對目標當前時刻的非實時誤差進行預測，並採用該預測值對目標當前時刻的測量結果進行預補償，可以有效補償被測目標快速運動、加速運動引起的動態測量誤差並可削弱靜態測量噪聲。④融合上述技術，研製了基於多測尺同步測量的有源協作式相位雷射測距原理樣機，對其進行直接測試、等效測試和測量不確定分析，結果表明：原理樣機的測量分辨力為0.04 mm，測量穩定性為0.08 mm/10min；在光源功率僅為800μW時其最大作用距離即可達到900m，比反射式相位雷射測距系統的作用距離提高近3倍；整個量程範圍內，測量不確定度為0.15mm+1×10-6L。本項目的研究在未來大科學裝置、新一代大型航空航天裝備製造和小衛星編隊飛行等前沿領域中具有潛在的廣泛套用價值。
