基于外差检测原理的绝对测距性能理论研究.pdf

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1、第３７卷第８期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ８２０１６年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｕｇ．２０１６基于外差检测原理的绝对测距性能理论研究１，２１１，２１１王盟盟，董瑞芳，项晓，刘涛，张首刚（１．中国科学院国家授时中心西安７１０６００；２．中国科学院大学北京１０００３９）摘要：基于双光学频率梳外差原理测距将长模糊距离、高精度和高更新率３个关键测距特性完美结合，使测量性能能够满足航空航天、科学研究和工业生产等众多领域的需求。然而所使用的双光学频率梳的脉冲时域宽

2、度、重复频率及相对差值、脉冲的固有时间抖动等特性都将会影响测距的性能。对基于双光学频率梳外差原理测距进行了全面的理论分析，并数值模拟了数据脉冲宽度、双光学频率梳重复频率差、啁啾参量、定时噪声、脉冲类型等各因素对测距性能的影响。模拟结果在数值上验证了奈奎斯特采样定律对测距精度的显著影响，表明实验中数据脉冲宽度和重频差的选择应严格满足奈奎斯特采样定律；当飞秒脉冲序列存在一定的时间抖动时，重频差越小，测距性能越差；而脉冲的啁啾特性可转化为脉冲宽度的影响，随着啁啾的增大脉冲宽度被压窄，奈奎斯特采样频率对应的重频差临

3、界值也会变小。通过上述数值分析，为研究人员在特定实验条件下优化测距性能提供了重要指导。关键词：绝对距离测量；光学频率梳；外差原理；测距性能模拟中图分类号：ＴＨ７４１ＴＮ２４９文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：５１０．２０Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒａｂｓｏｌｕｔｅｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ１，２１１，２１１ＷａｎｇＭｅｎｇｍｅｎｇ，ＤｏｎｇＲｕｉｆａｎｇ，ＸｉａｎｇＸｉａｏ，ＬｉｕＴａｏ，ＺｈａｎｇＳｈｏｕｇ

4、ａｎｇ（１．ＮａｔｉｏｎａｌＴｉｍｅＳｅｒｖｉｃｅＣｅｎｔｅｒ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌｉｎｔｏｎｇ，Ｘｉ’ａｎ７１０６００，Ｃｈｉｎａ；２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂｓｏｌｕｔｅｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｕａｌｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｍｂｓ（ＯＦＣ）ｐ

5、ｅｒｆｅｃｔｌｙｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｒｅｅｋｅｙｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌａｒｇｅａｍｂｉｇｕｉｔｙｒａｎｇｅ，ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｆａｓｔｕｐｄａｔｅｒａｔｅｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｒａｎｇｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｅｔｃ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔ

6、ｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｕｓｅｄｄｕａｌＯＦＣｓ，ｓｕｃｈａｓｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ，ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｗｏｃｏｍｂｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｎｈｅｒｅｎｔｐｕｌｓｅｔｉｍｉｎｇｊｉｔｔｅｒｗｉｌｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｒａｎｇｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅｐｒｉ

7、ｎｃｉｐｌｅｏｆｄｕａｌＯＦＣｓｉｓｂｕｉｌｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒａｂｓｏｌｕｔｅｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ；ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｄａｔａｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆｄｕａｌＯＦＣｓ，ｃｈｉｒｐｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｉｍｉｎｇｎｏｉｓｅ，ｐｕｌｓｅｔｙｐｅａｎｄｅｔｃ．ｏｎｒａｎｇｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｒｅｎｕｍｅｒｉｃａ

8、ｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｄｉｇｉｔａｌｌｙｖｅｒｉｆｙｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＮｙｑｕｉｓｔｓａｍｐｌｉｎｇｔｈｅｏｒｅｍｏｎｒａｎｇｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄａｔａｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈａｎｄｔｈｅｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｈｏｕｌｄｓｔｒｉｃｔｌｙｍｅｅｔｔｈｅＮｙｑｕｉｓｔｓ