【摘要】：藍綠激光在水下的測距過程十分復(fù)雜,海水信道、目標(biāo)反射以及接收通道的動態(tài)范圍會對回波信號的波形產(chǎn)生作用,出現(xiàn)信號展寬、延時及飽和等現(xiàn)象,對水下激光測距精度造成嚴(yán)重影響。本文通過建立水下激光測距仿真模型,對藍綠激光在海水中的測距精度和誤差展開研究。按照海水成分及光學(xué)特性,計算海水對532nm綠光的吸收和散射系數(shù);用雙向反射函數(shù)(BRDF)描述非朗伯面的目標(biāo)反射特性,推導(dǎo)激光在海水中的目標(biāo)回波功率方程;分析了在不同目標(biāo)距離、入射角及海水水質(zhì)下目標(biāo)回波功率的變化規(guī)律及動態(tài)范圍。分析了海水信道、目標(biāo)傾斜角和電路參數(shù)對激光回波信號的調(diào)制特性,在此基礎(chǔ)上,建立水下脈沖激光回波信號仿真模型,提出一種針對激光接收處理電路的系統(tǒng)誤差仿真方法,分析不同時刻鑒別方法的系統(tǒng)測距精度,作為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。通過分析系統(tǒng)測距精度隨目標(biāo)距離及發(fā)射脈寬的變化規(guī)律,判定影響系統(tǒng)測距精度的主要誤差來源。以線性化模型推導(dǎo)時刻鑒別抖動誤差與飽和漂移誤差的解析表達式,針對飽和漂移誤差提出相應(yīng)消減補償誤差的方法,結(jié)合復(fù)合時刻鑒別法建立飽和漂移誤差補償數(shù)學(xué)模型,并通過實驗驗證了飽和漂移誤差補償方法的有效性。設(shè)計制作測距電路,開展水池實驗驗證水下激光測距仿真模型的正確性,并根據(jù)仿真誤差修正測量結(jié)果。測試結(jié)果表明,測距系統(tǒng)在模擬海水中的測距范圍約為10m,測距精度優(yōu)于±0.3m。本文通過理論分析、仿真計算以及試驗相結(jié)合的方法,對水下脈沖激光測距系統(tǒng)開展了相關(guān)研究,研究成果可為藍綠激光在水下近程測距中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和設(shè)計參考。
【圖文】：

，、距離下恒比定時法及高通容阻法的定時誤差［２９］。逡逑分析國內(nèi)外誤差分析的研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)：（１）統(tǒng)計仿真法計算量大，且沒路動態(tài)響應(yīng)對脈沖波形的影響，，本文將采用電路仿真法建立水下測距過程仿真某一系統(tǒng)參數(shù)對總體誤差的影響；（２）前人的誤差分析都是建立信號不飽和海水中目標(biāo)回波信號的動態(tài)范圍很大，近距離時接收系統(tǒng)極容易飽和，本文和引起的誤差進行分析并提出相應(yīng)補償方法。逡逑主要研宄內(nèi)容逡逑本文主要以水下藍綠激光引信為背景，開展了水下激光近程測距技術(shù)的研究。如圖所示，首先分析了海水信道、目標(biāo)反射和電路放大對激光回波波形的調(diào)制水下脈沖激光回波信號數(shù)學(xué)模型；提出一種針對接收處理電路的系統(tǒng)誤差仿水下測距過程仿真模型，分析不同時刻鑒別方法的系統(tǒng)測距精度，作為系統(tǒng)考；通過分析系統(tǒng)測距精度隨目標(biāo)距離及發(fā)射脈寬的變化規(guī)律，找出影響系的主要誤差來源且提出相應(yīng)的補償方法；設(shè)計制作測距電路，并開展驗證實Ｉ邐ｉ逡逑

逡逑高通容阻的原理是檢測輸入信號的峰值點，雖然信號的幅值會改變，但信號峰值點逡逑的時刻不變，可以消除固定閾值時刻鑒別所帶來的漂移誤差。如圖２．２所示，輸入信號逡逑通過一個高通的容阻濾波電路，由于微分效應(yīng)，鐘形信號變成近似正弦波信號，極值點逡逑變?yōu)榱泓c，以此作為起止時刻點，將不受脈沖幅值的影響［３４］。逡逑ｃ邐＾一強光信號逡逑＂＾｜｜邋Ｉ邋Ｉ邐弱光信號逡逑１邋Ｉ逡逑圖２．２高通容阻法原理圖逡逑恒比定時法的基本原理是選定恒定的觸發(fā)比，定時點保持在信號幅度的恒定比例的逡逑位置，這種方法的優(yōu)點是觸發(fā)點不會因為信號幅度變化而發(fā)生變化［２８］�；镜脑硪妶D逡逑２．３（ａ）所示，信號是回波脈沖經(jīng)電路放大后的回波信號，Ｋ⑷被分成兩路，一路經(jīng)逡逑過延遲變?yōu)樾盘栄舆t時間為另一路經(jīng)過衰減變?yōu)樾盘枺疲玻?，衰減因子為逡逑兩路信號然后經(jīng)過比較器輸出零點位置，即為定時點ｋ位置。令信號＾邋＝邐其中逡逑Ｆ。為信號幅度
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249

【參考文獻】

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本文編號：2619159