Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
A water track laser Doppler velocimeter (LDV) is developed with advantages of high update rate, high real-time performance, high concealment, light weight, and small dimensions. The water track LDV measures the advance velocity of the underwater vehicle with respect to the surrounding water. The experimental results show that the water track LDV has an accuracy of 96.4% when the moving velocity of the vehicle with respect to the ground exceeds 0.25 m/s. Thus, the water track LDV is promising in the application of underwater navigation to aid the strapdown inertial navigation system.
laser Doppler velocimeter water track underwater navigation Chinese Optics Letters
2023, 21(9): 090005
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
无人机（UAV）通常利用全球导航定位系统（GNSS）提供的速度、位置等信息来保障其飞行安全，但GNSS的信号在复杂的城市环境中容易因高楼、树木遮挡等原因丢失，而机载激光多普勒测速仪（LDV）有望实现UAV的全天时独立高精度速度测量，从而保证导航信息的连续性。从目前实现机载LDV研制存在的瓶颈出发，通过理论分析和仿真计算，提出利用光学变换系统对机载LDV的工作距离进行拓展的方案；并对变换系统的参数进行了优化，集成了工作距离定标为50 m、测量景深为10 m的单波束机载LDV样机，将其搭载在UAV上进行了110 s的飞行实验。实验测得的UAV飞行速度经过俯仰角修正后，与GNSS记录的参照速度基本一致。飞行过程中样机输出的速度信号保持了较高的多普勒信号品质因子，初步验证了机载LDV的可行性和有效性，为后续机载LDV在UAV组合导航中的应用奠定了基础。
光学测量 激光多普勒测速仪 测速导航 无人机 光学学报
2023, 43(17): 1712002
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230174
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
激光多普勒测速技术以其高精度和高可靠性得到广泛应用，其为运动载体的导航定位提供了一种全新的独立测速手段，在提高定位精度方面发挥了重要作用。随着应用场景的拓展，现有的激光多普勒测速技术亟待进一步的发展和优化。文中从激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter, LDV)的测速原理、种类分类和导航应用研究现状三个方面入手，对用于运动载体导航定位的LDV技术进行综述。可以看到，利用LDV进行组合导航的航迹推算精度已经优于0.01%，达到了高精度导航定位的要求，其中单光束LDV比双光束LDV更适合车载应用，能敏感更多维度速度分量的LDV对导航精度提高的效果更明显。同时，对LDV后续的发展方向进行了展望，LDV与更低成本的SINS进行组合导航是下一步值得研究的方向。可以预见，LDV有望在未来成为覆盖高低速测量、海陆空全领域的高精度独立测速装置，在解决实际科学和工程问题中发挥更大、更重要的作用。
光学测量 激光多普勒测速仪 导航定位 运动载体 optical measurement laser Doppler velocimeter navigation and localization moving vehicles 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230143
红外与激光工程
2022, 51(12): 20220704
国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
为了提升多普勒信号的有效性,增加激光多普勒测速仪的工作距离和可测量范围,提出了一种基于液体透镜的品质因子增强技术。对多普勒信号的品质因子分布进行了理论分析,然后以高斯光学为理论基础,对基于液体透镜的激光多普勒测速仪出射高斯光束的腰斑位置和大小进行了仿真分析。最后搭建了基于液体透镜的激光多普勒测速系统,对不同驱动电流下的品质因子进行了测量。理论分析和实验结果表明:通过改变液体透镜的驱动电流,多普勒信号的品质因子显著增加,大幅提升激光多普勒测速仪的工作距离和可测量范围。
测量 激光多普勒测速仪 品质因子 液体透镜 驱动电流 工作距离 可测量范围
1 湖南省计量检测研究院, 湖南长沙 410014
2 福建省计量科学研究院, 福建福州 350003
针对传统激光多普勒测速仪测量距离短的问题, 提出采用双透镜类望远系统的光学结构对高斯光束进行变换的方案, 阐述了激光多普勒测速的基本原理和高斯光束变换的具体方法, 设计并研制了一种便携式十米级激光多普勒测速系统。理论分析与路边测试实验表明: 这种十米级激光多普勒测速系统具有便携可移动的特点, 工作距离为 6~14m, 测量精度优于测量值的 0.2%, 可以获得所经过车辆的行进速度。将这种便携式十米级激光多普勒测速系统用于高速公路移动式超速检测是切实可行的。
激光多普勒测速仪 十米级 光束变换 便携式 超速检测 laser Doppler velocimeter decameter level beam tranformation portable overspeed detection
1 南京理工大学机械工程学院, 江苏 南京 210094
2 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
为了提高车辆在行驶过程中的测量精度,提出一种利用二维激光多普勒测速仪(2D LDV)和捷联惯性导航系统(SINS)建立新的组合导航系统的方法。阐述了2D LDV的基本原理,并且详细讨论了由2D LDV和SINS组成的新的组合导航系统进行位置解算的过程。理论及实验结果表明:新的组合导航系统很好地抑制了纯惯性导航误差发散的特性;相比于由一维激光多普勒测速仪构成的组合导航系统,2D LDV提高了载体速度测量的精度,从而进一步提高了组合系统的导航精度。新的组合导航系统两次实验在2.2 h内的定位误差分别只有5.9 m和5.2 m。
遥感 二维激光多普勒测速仪 捷联惯性导航系统 组合导航系统 位置解算
国防科技大学 前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
在陆用组合导航领域, 激光多普勒测速仪作为速度传感器能够与捷联惯导系统组成组合导航系统。为了抑制车辆颠簸引起的倾角变化对传统激光多普勒测速仪的影响, 文中给出了基于Janus配置的分光再利用型激光多普勒测速仪。针对其与惯导系统组合导航过程中该配置结构测速仪的误差参数, 文中首先推导了该测速仪的速度误差模型, 在此基础上提出了差分GPS辅助的Kalman滤波标定法。实施了仿真及车载组合导航实验验证该方法的有效性。实验结果表明: 文中提出的标定方法是有效的, 误差参数补偿后的Janus配置激光多普勒测速仪能够大大提高组合导航定位精度。
激光多普勒测速仪 Janus配置 标定方法 Kalman滤波 组合导航系统 laser Doppler velocimeter Janus configuration calibration method Kalman filtering integrated navigation system 红外与激光工程
2019, 48(4): 0417003
