题目：激光多普勒测速系统光路设计与优化

激光多普勒测速技术是基于激光多普勒效应的速度测量技术，它以激光作为载频信号，是对速度的直接测量，具有非常高的速度分辨率，可以实现高精度的自主测速，被广泛应用于载体自身速度的实时高精度自主测量，提高导航系统精度。但国内采用激光多普勒测速技术实现对载体自身速度测量尚处于探索阶段，因此研究高精度自主式激光多普勒测速技术对促进我国高精度测速技术的进步和发展具有重要意义。为提高激光多普勒测速系统的测量精度，实现系统的实用性，本文对系统的光路进行了设计和优化，主要包括光学天线角度的最优选取、激光多普勒信号频谱展宽的抑制以及抗偏振衰落光路设计等方面。首先是对基于多普勒效应和相干探测的激光多普勒测速原理的研究。分析了单波束测速系统、双波束测速系统和三波束测速系统的速度解调算法，讨论了姿态测量误差对系统测量精度的影响，根据波束照射角度与回波功率、测速灵敏度和信噪比之间的关系，对光学天线的角度进行最优选取。其次是对激光多普勒信号频谱展宽抑制的研究。针对频谱展宽使系统性能降低的问题，分析了由于激光的光谱宽度和载体的速度瞬时变化引起频谱展宽的机理，并从光路设计和算法设计两个方面对其进行抑制。光路设计上选用美国RIO公司的PLANEX半导体窄线宽激光器，算法上采用基于共轭法的加速度补偿算法。然后是对激光多普勒测速系统抗偏振衰落光路设计的研究。分析了激光多普勒测速系统中偏振衰落产生的原因，建立了干涉信号可见度与偏振态的两个参数椭率角和方位角之间的数学模型，数值模拟研究了偏振衰落对系统可见度的影响，讨论了抗偏振衰落的几种方案，设计了一种半保偏分集检测方案，并对其进行了实验验证。最后是对激光多普勒测速仪的实验研究。分别在实验室条件下进行了转台测速实验和在平坦沥青路面上进行了外场测速实验。外场实验采用德国KISTLER公司的微波测速仪作为基准，通过对比分析可以得出，激光测速数据与微波测速数据具有很高的线性度，并且激光测速数据波动小。文中分析了样机中存在的问题，并给出了改进措施。