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小型机载三维成像激光雷达系统的关键技术研究

作 者: 周琴
导 师: 严惠民;张秀达
学 校: 浙江大学
专 业: 光学工程
关键词: 激光雷达 双线性 大功率半导体激光器 运动成像 运动补偿
分类号: TN958.98
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


激光雷达技术作为一种重要的三维测距技术,具有光束窄和测距精度高等特点,已经广泛应用于三维遥感领域和三维虚拟现实领域中,而面阵成像三维激光雷达由于具有重量小,功耗低,可靠性高的优点而受到越来越广泛的关注。本文首先介绍了面阵成像三维激光雷达的各种技术和发展现状,在此基础上选择了基于增益调制测量原理的系统开展研究。论文从机载面阵成像三维激光雷达的成像原理出发,在原有双通道单线性调制方式进行探测的基础上进行了改进,采用双通道双线性调制方式进行探测,并介绍了双通道双线性激光雷达的探测方式,系统组成,信号控制电路以及各通道调制的实现方式。指出尚未解决的光源功率问题以及动态成像的技术要点问题,在此基础上解决了这些机载面阵成像三维激光雷达的关键技术问题。根据MCP增益和电压的关系,分别对两路MCP采用RC充放电和LC充放电方式进行调制,从而使双路增益分别随时间线性上升或者线性下降。通过对门选通和增益的相对时序关系的控制,使目标返回的数据分别带有不同距离调制的灰度信息。为了使机载激光雷达在动态情况下进行探测时减少运动模糊,本文设计了一款适合载机飞行条件为高度1000m,速度50m/s,曝光时间15ms的运动补偿系统,利用摆镜和压电陶瓷使激光雷达成像系统连续两次对同一目标成像,从而减少运动模糊。本论文主要工作是使用带有大功率半导体激光器以及运动补偿系统的双通道双线性激光雷达进行静态和动态实验,对得到的双路灰度数据进行处理以得到目标三维信息数据,对于1000m距离处的目标探测时,测距误差静态不超过1m,动态不超过1.5m,实现远距离高精度测量。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 引言  11
  1.2 激光雷达发展现状及背景分析  11-16
    1.2.1 国外研究现状  11-13
    1.2.2 国内研究现状  13-16
  1.3 本论文的主要研究内容  16-17
第2章 双通道激光雷达成像原理及实现  17-21
  2.1 双通道激光雷达成像原理  17-19
    2.1.1 单线性双通道激光雷达的成像原理  17-18
    2.1.2 双线性双通道激光雷达的成像原理  18-19
  2.2 双通道激光雷达的实现及系统组成  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第3章 信号驱动及电路实现  21-33
  3.1 信号控制电路  21-26
    3.1.1 实现信号控制  21-23
    3.1.2 各个信号波形分析  23-26
  3.2 门选通和增益电压  26-32
    3.2.1 门选通和增益电压的实现  26-28
    3.2.2 线性增益的线性性分析及测量误差分析  28-32
  3.3 本章小结  32-33
第4章 光源  33-45
  4.1 光源的组成部分  33-35
    4.1.1 激光器参数介绍  33-34
    4.1.2 激光器驱动电路分析  34-35
  4.2 激光器特性分析  35-42
    4.2.1 激光器光谱及温度特性  35-40
    4.2.2 激光器温度控制实现方式  40-42
  4.3 激光器出射光均匀性分析  42-44
    4.3.1 光源均匀性对测量结果的影响  42-43
    4.3.2 实现光源均匀化  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章 运动成像结果分析及消除运动模糊  45-54
  5.1 运动对成像带来的影响  45-46
    5.1.1 运动使图像产生模糊的方式  45
    5.1.2 图像运动模糊对测量结果的影响  45-46
  5.2 减少运动模糊的方法  46
  5.3 运动补偿系统分析  46-53
    5.3.1 运动补偿系统的组成及参数特性  46-52
    5.3.2 运动补偿系统产生的效果  52-53
  5.4 本章小结  53-54
第6章 实拍结果分析  54-62
  6.1 静态实拍结果  54-57
    6.1.1 浙大图书馆静态实拍  54-55
    6.1.2 钱江文苑实拍结果  55-57
  6.2 机载动态实拍结果  57-61
    6.2.1 选区一实拍  57-58
    6.2.2 选区二实拍  58-61
  6.3 本章小结  61-62
第7章 总结与展望  62-64
参考文献  64-66
作者简历  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达:按体制分 > 光学定位雷达、激光雷达
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