CN105759079A - 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 - Google Patents
一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105759079A CN105759079A CN201610236605.XA CN201610236605A CN105759079A CN 105759079 A CN105759079 A CN 105759079A CN 201610236605 A CN201610236605 A CN 201610236605A CN 105759079 A CN105759079 A CN 105759079A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency
- laser
- simulator
- acousto
- optic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
- G01P21/02—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups of speedometers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器。本发明由三个相同的单元组成,分别对应激光测速敏感器的三个速度矢量通道,三个单元由一个计算机软件系统进行控制和交互。电子频移模拟器单元通过发射及接收耦合器接收激光测速敏感器发出的激光,将其耦合到光纤环形器的光纤中,环形器输出的激光经可调衰减器到两级声光移频器,移频后的光信号经耦合器分为两部分,一部分用于进行功率监测,另一部分经延时光纤、环形器后发射出去,被激光测速敏感器接收进行速度测量。本发明的优点是模拟频移范围大、精度高,为激光测速敏感器的室内试验带来了很大的方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光测速敏感器的速度模拟器,具体是指一种利用电子学模拟速度频移的测速模拟器,它用于检测激光测速敏感器的测速范围与测速精度。
背景技术
利用无人探测器着陆到月球、火星或者小行星等目标天体表面进行实地勘探甚至采样返回是人类探索宇宙的一条重要途径,也是未来深空探测活动发展的热点之一。发射卫星或探测器在其他星球表面进行软着陆是进行空间探测的一个重要的方向。精确的速度测量是航天器选择精确着陆点实现安全软着陆的关键因素。
同微波相比,激光的波长更短,测速精度和测速分辨率更高,但多普勒频移更大,频率范围更宽;同时速度属于矢量信息,需要测量三个方向,然后合成,在试验室内模拟速度造成的多普勒频移非常困难。探测器在着陆过程中运动速度变化范围非常大,且着陆导航对速度的测量精度要求又高,难以找到合适的运动目标和测试设备进行实际测量,这就使得测速模拟器的设计更加困难。
在对测速范围从-20m/s到100m/s的星载激光测速敏感器进行室内模拟测试时,并且使模拟测速精度优于0.1%v,目前在已经公开的文献中,还没有相应的技术方案。
发明内容
本发明的电子频移速度模拟器将为激光测速敏感器提供进行标定和测试的手段,能够进行大范围、高精度的速度模拟,解决在室内近景环境下对激光测速敏感器的功能和性能进行充分测试的问题。
电子频移速度模拟器的系统构成如附图1所示:它由三个相同的单元组成,分别对应激光测速敏感器的三个速度矢量通道,三个单元由上位计算机进行控制和交互。
电子频移模拟器单元包括发射及接收耦合器、单模保偏光纤、环形器、可调衰减器、可调频率声光移频器、固定频率声光移频器、声光移频器驱动器、延时光纤、1×2耦合器和功率计。
所述的发射及接收耦合器用于汇聚并返回激光测速模拟器1550nm激光,采用美国Thorlabs公司的F810FC-1550光纤耦合器焦距为37.13mm,数值孔径0.24,入瞳8.91mm,汇聚光斑直径10.3μm。光纤耦合器安装在光学调整架上,可进行二维调节。
所述的单模保偏光纤采用光库的CorningPMFibersPI936,芯径为9μm,接受功率大于3W。
所述的环形器主要用来保证输入和输出光的隔离,采用光库公司的SR1489DFCIR。
所述的可调衰减器采用光库的MVOA,利用光功率计检测光功率,通过调节可调衰减器进行反馈控制,避免发出的激光造成测速敏感器探测器饱和。
所述的声光移频器是模拟器中的核心器件。采用声光移频器改变输入激光的频率,为了使调整频率在要求的范围之内(-25.8MHz~129MHz,对应速度范围-20m/s~100m/s),采用二级移频方案,第一级可调频率声光移频器,频率300~500MHz,带宽200MHz,第二级固定移频-350MHz。可调频率声光移频器型号为IPF-400-200-1550-2FP,固定频率声光移频器为美国Brimrose公司制造的IPF-350-1550-2FP固定频率声光移频器。
所述的声光移频器驱动器工作过程如下:控制计算机通过计算将速度量转化为需要配置的频率值,对声光移频驱动及控制模块进行配置;配置完成后,驱动及控制模块通过DDS芯片将输入的频率值转换为对应的输出信号;信号接入功放,放大后的信号进入功分器输出两路完全一样的信号,再分别接入两级声光移频器,从而实现对光信号的移频操作。
所述的延时光纤用于模拟不同的工作距离,长度从4m至3km不等。
所述的1×2耦合器将移频后的光信号经分为两部分,一部分用于进行功率监测,另一部分经环形器后经发射系统发射出去,被测速敏感器接收进行速度测量,采用光库公司的SBC。
所述的功率计用于监控移频后的激光功率,配合可调衰减器,避免发出的激光造成测速敏感器探测器饱和。
所述的上位计算机主要提供人机界面,可以输入所需要的速度值,并将数值通过串口发至声光移频器驱动器。
电子频移速度模拟器的基本工作流程如下:发射及接收耦合器接收来至于激光测速敏感器发出的激光,通过单模保偏光纤将其耦合到光纤环形器的光纤中;环形器输出的激光经可调衰减器到可调频率声光移频器及固定频率声光移频器,移频频率根据所需要模拟的速度通过上位计算机计算获得;上位计算机将速度值转换成移频频率值后通过串口发至声光移频器驱动器,声光移频器驱动器驱动两级声光移频器,将激光频率移频;移频后的光信号经延时光纤延时、再通过1×2耦合器分为两部分,一部分用于利用功率计进行功率监测,另一部分经环形器后经发射及接收耦合器发射出去,被激光测速敏感器接收进行速度测量。若功率计监测的功率过大,则调节可调衰减器,减小光功率,直到激光测速敏感器探测器接收到的信号不饱和为止。
本发明有如下有益效果:
1.本发明利用声光移频器改变输入光的频率,没有进行光电转换与电光转换,结构简单,误差小,精度高。
2.本发明实现了宽范围的激光测速信息模拟。
3.本发明不需要运动目标配合即可模拟不同的速度的多普勒频移,为激光测速敏感器的室内试验带来了很大的方便。
附图说明
图1电子频移速度模拟器的系统构成。
图2声光移频器驱动及控制模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明:
本发明由三个模拟通道组成,分别对应激光测速敏感器的三个速度矢量通道,三个通道硬件构成一致,以下只针对一个通道进行说明:
发射和接收模块由光纤耦合器和单模保偏光纤构成。光纤耦合器采用美国Thorlabs公司的F810FC-1550,焦距37.13mm,数值孔径0.24,入瞳8.91mm,汇聚光斑直径10.3μm。单模保偏光纤采用光库的CorningPMFibersPI936,芯径为9μm,接受功率大于3W。
电控箱包括电子频移功能模块和光路。电子频移功能模块由环形器、可调衰减器、声光移频器及其驱动组成;光路主要由耦合器和延时光纤构成。器件的型号和制造单位如下表。
第一级声光移频器型号为IPF-400-200-1550-2FP,为可调移频,频率300~500MHz,第二级声光移频器型号为IPF-350-1550-2FP,固定频率-350MHz,均为美国Brimrose公司制造。
声光移频器驱动及控制模块设计框图如附图2所示。声光移频驱动和控制模块由32位单片器STM32F103控制。其与控制计算机通过串口进行通讯。DDS(直接数字合成)芯片采用AnalogDevice公司A9910,其内部时钟频率高达1GHz,模拟输出频率高达400MHz,、14-bit的DAC,最小频率分辨率为0.23Hz。低噪放采用HEM338,频率范围为20~400MHz,有良好的50Ω阻抗匹配,易级联使用,电性能稳定可靠。信号经过低噪放后采用功分器分成两路,每一路单独进入功率放大器,功放型号为TPA-010500M02。
本发明模拟测速的范围为-20m/s~100m/s,精度优于0.1%v。
模拟测速的范围为-20m/s~100m/s的实现:根据多普勒频移公式激光波长1550nm,测速范围-20m/s~100m/s,可求得对应频率范围为:-25.8MHz~+129MHz,带宽为154.8MHz。只用一级声光移频器无法实现,需要两级串联使用。第一级声光移频器使用BRIMROSE公司的IPF-400-200-1550-2FP,移频范围300MHz~500HMz,第二级声光移频器同样使用BRIMROSE公司的IPF-350-1550,移频-350MHz。两级串联后移频范围为-50MHz~+150MHz,满足使用要求。三通道的实际测试结果如下表。
结果表明电子频移模拟器实现了-20m/s~100m/s速度频移模拟。
模拟测速精度优于0.1%v的实现:电子频移速度模拟器的速度模拟误差主要为自身晶振引入的误差。由晶振引入的晶振引入频率变化导致的速度变化为0.005m/s时,对应晶振的频率变化为当晶振频率选择为25MHz时,对应的晶振的频率稳定度为128ppm。实际测试结果如下表。
结果表明电子频移模拟器实现了测速精度优于0.1%v的要求。
Claims (9)
1.一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,由三个相同的单元组成,分别对应激光测速敏感器的三个速度矢量通道,每个单元包括发射及接收耦合器、单模保偏光纤、环形器、可调衰减器、可调频率声光移频器、固定频率声光移频器、声光移频器驱动器、延时光纤、1×2耦合器和功率计。三个单元由上位计算机进行控制和交互,其特征在于:
电子频移速度模拟器每个单元中的发射及接收耦合器接收来至于激光测速敏感器发出的激光,通过单模保偏光纤将其耦合到光纤环形器的光纤中;环形器输出的激光经可调衰减器到可调频率声光移频器及固定频率声光移频器,移频频率根据所需要模拟的速度通过上位计算机计算获得;上位计算机将速度值转换成移频频率值后通过串口发至声光移频器驱动器,声光移频器驱动器驱动两级声光移频器,将激光频率移频;移频后的光信号经延时光纤延时、再通过1×2耦合器分为两部分,一部分用于利用功率计进行功率监测,另一部分经环形器后经发射及接收耦合器发射出去,被激光测速敏感器接收进行速度测量。若功率计监测的功率过大,则调节可调衰减器,减小光功率,直到激光测速敏感器探测器接收到的信号不饱和为止。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的发射及接收耦合器采用美国Thorlabs公司的F810FC-1550光纤耦合器,焦距为37.13mm,数值孔径0.24,入瞳8.91mm,汇聚光斑直径10.3μm,光纤耦合器安装在光学调整架上,可进行二维调节。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的单模保偏光纤采用光库的CorningPMFibersPI936,芯径为9μm,接受功率大于3W。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的环形器采用光库公司的SR1489DFCIR。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的可调衰减器采用光库的MVOA。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的可调频率声光移频器的频率为300~500MHz,带宽为200MHz。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的固定频率声光移频器的固定移频为-350MHz。
8.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的延时光纤的长度4m至3km,模拟4m至3km不同的工作距离。
9.根据权利要求1所述的一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器,其特征在于:所述的1×2耦合器采用光库公司的SBC。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610236605.XA CN105759079A (zh) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
CN201610893902.1A CN106405528B (zh) | 2016-04-15 | 2016-10-13 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
CN201621119712.6U CN206147090U (zh) | 2016-04-15 | 2016-10-13 | 用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610236605.XA CN105759079A (zh) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105759079A true CN105759079A (zh) | 2016-07-13 |
Family
ID=56335132
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610236605.XA Pending CN105759079A (zh) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
CN201621119712.6U Withdrawn - After Issue CN206147090U (zh) | 2016-04-15 | 2016-10-13 | 用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
CN201610893902.1A Active CN106405528B (zh) | 2016-04-15 | 2016-10-13 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201621119712.6U Withdrawn - After Issue CN206147090U (zh) | 2016-04-15 | 2016-10-13 | 用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
CN201610893902.1A Active CN106405528B (zh) | 2016-04-15 | 2016-10-13 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (3) | CN105759079A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108761487A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-11-06 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种大带宽激光测风雷达系统 |
CN109945903A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-06-28 | 安徽大学 | 全光纤结构可调腔增益激光自混合振动、位移、速度传感方法和系统 |
CN110412560A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 中国科学院半导体研究所 | 微波多普勒频移的测量系统及其应用 |
CN111525385A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-08-11 | 武汉华锐超快光纤激光技术有限公司 | 一种飞秒光纤激光器高精度脉冲pod控制方法及电路 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105759079A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-07-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
CN108803092A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-13 | 清华大学 | 一种移频频率可调的声光移频系统及方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101082667B (zh) * | 2006-06-01 | 2010-05-12 | 北京航空航天大学 | 一种毫米波捷变频雷达目标模拟器 |
JP2011242199A (ja) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Japan Radio Co Ltd | 測距環境模擬装置 |
US20120183004A1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-07-19 | Redfern Integrated Optics, Inc. | Ultra-Low Frequency-Noise Semiconductor Laser With Electronic Frequency Feedback Control and Homodyne Optical Phase Demodulation |
CN102590802B (zh) * | 2012-01-20 | 2013-08-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种可调谐激光距离模拟器及距离模拟方法 |
CN202453495U (zh) * | 2012-01-20 | 2012-09-26 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种可调谐激光距离模拟器 |
CN104122537A (zh) * | 2014-08-08 | 2014-10-29 | 广州航新航空科技股份有限公司 | 多普勒频移模拟器以及多普勒频移模拟的方法 |
CN105759079A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-07-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 |
-
2016
- 2016-04-15 CN CN201610236605.XA patent/CN105759079A/zh active Pending
- 2016-10-13 CN CN201621119712.6U patent/CN206147090U/zh not_active Withdrawn - After Issue
- 2016-10-13 CN CN201610893902.1A patent/CN106405528B/zh active Active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108761487A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-11-06 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种大带宽激光测风雷达系统 |
CN108761487B (zh) * | 2018-07-13 | 2024-02-23 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种大带宽激光测风雷达系统 |
CN109945903A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-06-28 | 安徽大学 | 全光纤结构可调腔增益激光自混合振动、位移、速度传感方法和系统 |
CN109945903B (zh) * | 2019-04-30 | 2021-06-08 | 安徽大学 | 全光纤结构可调腔增益激光自混合振动、位移、速度传感方法和系统 |
CN110412560A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 中国科学院半导体研究所 | 微波多普勒频移的测量系统及其应用 |
CN111525385A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-08-11 | 武汉华锐超快光纤激光技术有限公司 | 一种飞秒光纤激光器高精度脉冲pod控制方法及电路 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106405528B (zh) | 2023-07-04 |
CN106405528A (zh) | 2017-02-15 |
CN206147090U (zh) | 2017-05-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105759079A (zh) | 一种用于激光测速敏感器的电子频移模拟器 | |
CN101082667B (zh) | 一种毫米波捷变频雷达目标模拟器 | |
US6255992B1 (en) | Self-calibrating large baseline interferometer for very precise emitter location using time difference of arrival and time difference of arrival rate | |
IL103344A (en) | Programmable fiber optic stay line and radar target simulation system that includes the above | |
CN103824485B (zh) | 基于分米波仪表着陆体制的半实物仿真着陆引导模拟系统 | |
CN102636790B (zh) | 一种导航卫星星间链路天线绝对时延标定系统 | |
CN108387907A (zh) | 闪光式激光雷达回波信号物理图像模拟系统和方法 | |
CN107390201B (zh) | 测风激光雷达硬靶标校系统 | |
CN109031338A (zh) | 激光雷达及其测距方法 | |
GB980217A (en) | Improvements in radar testing equipment | |
CN113219443A (zh) | 一种激光雷达目标模拟器 | |
CN108802425A (zh) | 一种机载风速测量激光雷达系统 | |
CN102706541A (zh) | 基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测系统 | |
CN109031337A (zh) | 激光雷达及其测距方法 | |
CN104296607A (zh) | 激光引信闭馈测试装置及测试系统及测试方法 | |
CN105352531A (zh) | 激光测距仪的性能参数的检测方法 | |
CN110356595B (zh) | 一种用于航天器轨道动态测试的干扰场景模拟系统 | |
RU75058U1 (ru) | Цифровой имитатор бортовых радиолокационных систем | |
RU2364878C1 (ru) | Устройство автоматического контроля вторичных параметров антенн | |
CN107390506B (zh) | 一种授时系统时间比对精度的实时测量装置和方法 | |
CN115173920A (zh) | 激光载荷动态捕获跟踪测试的半物理仿真装置和方法 | |
Siebrits et al. | Design of a low cost, compact round-trip delay measurement system for radio telescope time transfer applications | |
Xu et al. | Novel approach to intersatellite time-difference measurements for microsatellites | |
CN209117860U (zh) | 激光雷达 | |
CN216870800U (zh) | 一种激光雷达目标模拟器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160713 |