本文關(guān)鍵詞：面陣三維成像激光雷達(dá)接收試驗(yàn)系統(tǒng)研究

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【摘要】：三維成像激光雷達(dá)具有主動(dòng)成像,測(cè)距精度高,信息量大等諸多優(yōu)點(diǎn),能廣泛應(yīng)用于目標(biāo)識(shí)別和跟蹤、地形地貌測(cè)繪、障礙物規(guī)避、精密無(wú)損檢測(cè)等諸多領(lǐng)域,具有廣闊的軍事和民用前景。遠(yuǎn)距離高分辨率快速三維成像激光雷達(dá)一直是研究熱點(diǎn)。雖然,距離門選通技術(shù)的出現(xiàn),大大提高了激光雷達(dá)測(cè)距精度和實(shí)時(shí)性,促進(jìn)了高分辨率激光雷達(dá)的發(fā)展,但是,目前仍處于初步發(fā)展階段。研究遠(yuǎn)距離高分辨率快速三維成像激光雷達(dá),對(duì)推動(dòng)我國(guó)激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和掌握三維成像激光雷達(dá)前沿關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。綜合三維成像激光雷達(dá)文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果和國(guó)內(nèi)三維成像激光雷達(dá)關(guān)鍵器件生產(chǎn)制造和外購(gòu)情況,提出了一種基于KDP電光晶體偏振調(diào)制原理的距離選通偏振調(diào)制三維成像激光雷達(dá)系統(tǒng)方案。首先,詳細(xì)論述了KDP晶體縱向運(yùn)用時(shí)的相位調(diào)制原理;偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達(dá)基于距離門選通技術(shù)從目標(biāo)物強(qiáng)度圖獲取距離信息的理論方法。然后,針對(duì)該型激光雷達(dá)技術(shù)原理,對(duì)其接收光學(xué)系統(tǒng)光路進(jìn)行了設(shè)計(jì);并利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)整個(gè)接收光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)和公差分析,評(píng)估了接收光學(xué)系統(tǒng)理論成像質(zhì)量。再者,介紹了接收光學(xué)系統(tǒng)中大孔徑光學(xué)元件安裝固定的光機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),借鑒空間光學(xué)系統(tǒng)光-機(jī)-熱集成分析思想,評(píng)估分析了接收光學(xué)系統(tǒng)中大口徑光學(xué)元件自重變形和溫度梯度影響下面形變形對(duì)激光雷達(dá)系統(tǒng)性能的影響。最后,搭建試驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了偏振調(diào)制三維成像激光雷達(dá)原理驗(yàn)證性試驗(yàn)。仿真分析結(jié)果表明,大口徑光學(xué)元件自重變形影響不會(huì)對(duì)偏振調(diào)制三維激光雷達(dá)性能構(gòu)成危害;元件徑向溫度梯度和軸向溫度梯度會(huì)使接收光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量退化,影響雷達(dá)系統(tǒng)的縱向和橫向分辨率,一定溫差范圍內(nèi),適當(dāng)選擇探測(cè)器的binning模式,犧牲橫向分辨率可保證縱向測(cè)距精度:軸向和徑向溫差不超過(guò)1℃,探測(cè)器2×2binning模式,激光雷達(dá)系統(tǒng)橫向分辨率下降一半,縱向距離對(duì)比度大于0.95。完成了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建并進(jìn)了三維成像實(shí)驗(yàn):選擇約1公里處的一座建筑物作為目標(biāo)物,用偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達(dá)進(jìn)行了實(shí)景成像探測(cè),驗(yàn)證了偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達(dá)原理樣機(jī)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：激光雷達(dá) 凝視成像 面陣探測(cè)器 偏振調(diào)制 光機(jī)集成分析
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN958.98
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 三維成像激光雷達(dá)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 掃描型三維成像激光雷達(dá)現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 非掃描面陣三維成像激光雷達(dá)現(xiàn)狀12-18
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容18-21
• 2 偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達(dá)系統(tǒng)原理21-31
• 2.1 偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達(dá)基本結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2 面陣三維成像激光雷達(dá)測(cè)距原理22-28
• 2.2.1 電光晶體偏振調(diào)制原理22-26
• 2.2.2 偏振調(diào)制方法測(cè)距原理26-28
• 2.3 激光雷達(dá)方程28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 3 面陣三維成像激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)31-51
• 3.1 接收光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定31-35
• 3.2 面陣三維成像激光雷達(dá)接收光學(xué)系統(tǒng)選型35-39
• 3.3 接收望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)設(shè)計(jì)39-43
• 3.3.1 接收望遠(yuǎn)物鏡初始結(jié)構(gòu)計(jì)算39-41
• 3.3.2 接收望遠(yuǎn)物鏡ZEMAX優(yōu)化設(shè)計(jì)及像質(zhì)評(píng)價(jià)41-43
• 3.4 準(zhǔn)直組與成像組光學(xué)設(shè)計(jì)43-46
• 3.4.1 準(zhǔn)直組與成像組初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算43-45
• 3.4.2 準(zhǔn)直組與成像組透鏡ZEMAX優(yōu)化設(shè)計(jì)及像質(zhì)評(píng)價(jià)45-46
• 3.5 接收光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)46-47
• 3.6 接收光學(xué)系統(tǒng)公差分析47-50
• 3.7 本章小結(jié)50-51
• 4 大口徑光學(xué)元件自重及溫度梯度對(duì)系統(tǒng)性能的影響51-71
• 4.1 主次鏡、校正板光機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)51-55
• 4.2 元件自重及溫度梯度影響評(píng)估分析方法55-61
• 4.2.1 Zernike多項(xiàng)式鏡面變形擬合方法及精度評(píng)估56-59
• 4.2.2 接收光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)退化對(duì)系統(tǒng)性能影響評(píng)估方法59-61
• 4.3 元件自重變形對(duì)系統(tǒng)性能的影響61-63
• 4.4 溫度梯度對(duì)系統(tǒng)性能的影響63-70
• 4.4.1 軸向溫差對(duì)系統(tǒng)性能的影響64-66
• 4.4.2 徑向溫差對(duì)系統(tǒng)性能的影響66-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 5 面陣三維成像激光雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)71-81
• 5.1 KDP晶體半波電壓和偏振調(diào)制特性測(cè)試71-75
• 5.1.1 KDP晶體半波電壓測(cè)定71-74
• 5.1.2 KDP晶體偏振調(diào)制特性測(cè)試74-75
• 5.2 三維成像實(shí)驗(yàn)75-79
• 5.3 本章小結(jié)79-81
• 總結(jié)與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果87-88

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：831800