● 摘要
本文以“为陆用车辆导航系统提供高精度的速度信息”为目标，提出了一种全光纤型三光束激光多普勒测速仪(Triple-Beam Laser Doppler Velocimeter TLDV)。相对于单光束和双光束激光测速仪，它既有较小的测速误差，又可同时测量车辆的横向速度和纵向速度。本文就三光束激光测速仪的光束配置，光路系统设计，本振光对系统信噪比的影响，以及光路中偏振态的动态追踪控制等几个方面展开了研究。
首先，本文提出了一种基于Janus配置的三光束测速模型，针对同时存在颠簸和摇晃时进行了测速误差建模和仿真分析。结果表明，这种配置下的三光束测速系统对车辆的颠簸和摇晃不敏感，测速误差较小。在此基础上给出了一种最佳光束角度配置方案。
其次，介绍了相干探测基本原理，给出了系统在相干探测基础上的信噪比公式。建立了本振光功率对系统信噪比的影响模型。通过仿真可以得出，系统相对信噪比随本振光功率的增大而先增大后减小。根据光电探测器参数，计算出了最优本振光功率，以此为基础确定了三光束测速系统各个耦合器的分光比。
然后，分析了光波偏振态随机变化对测速系统干涉输出的影响，推导了单模光纤双折射引起的干涉光束随机偏振态与干涉输出幅值的理论表达式。提出了偏振态动态控制方案，给出了干涉仪最佳输入偏振态和本征偏振态之间的数学表达式。同时对干涉仪的本征偏振态的表达式进行了推导，根据系统参数便可得到最佳输入偏振态。通过控制本振光的输入偏振态，即可达到消除偏振衰落的影响的目的。
最后，根据指标搭建了三光束激光测速仪样机，给出了判别信号有效性的标准，进行了外场跑车实验。实验数据显示，偏振态动态控制方案消除了由于偏振衰落而带来的测速零点问题。以微波雷达的测速数据为基准，通过对比发现，激光测速数据与微波测速数据有较大线性度，但存在少量异常点。文中分析了异常点出现的原因，并给出了解决方法。