【摘要】：激光高程測量作為新形式的測量體制,具備測量精度高、測量范圍廣、指向精度高等優(yōu)勢,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地形地貌測繪等領(lǐng)域,成為國內(nèi)外高度測量技術(shù)研究的重點(diǎn)。本文以進(jìn)近著陸高程測量為背景,基于TOF(Time of flight)激光測量體制下,開展三維掃描高程測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及方法研究,包括高重頻激光掃描探針技術(shù)、多傳感器激光跟蹤測量技術(shù)及激光高程測量輔助進(jìn)場著陸系統(tǒng)集成技術(shù)。旨在解決目前微波導(dǎo)航、導(dǎo)航衛(wèi)星+慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度低、抗干擾性差和適用條件苛刻等問題。具體研究內(nèi)容如下:(1)基于激光掃描探測原理,搭建了單反射鏡激光三維掃描高程測量系統(tǒng),對系統(tǒng)指向性誤差、掃描角誤差進(jìn)行了分析。得出高度測量的指向性偏差影響進(jìn)近著陸垂直度檢測和掃描角誤差影響高度測量精度的結(jié)論。依據(jù)姿態(tài)補(bǔ)償算法糾正了指向性誤差,對掃描角誤差設(shè)計(jì)了多光楔補(bǔ)償?shù)慕邮展鈱W(xué)系統(tǒng),使得探測器接收到的回波信號(hào)探測能量提高了30%。進(jìn)一步開展了目標(biāo)特性對回波強(qiáng)度影響的分析,得出脈沖激光測距回波信號(hào)強(qiáng)度是時(shí)間的累積過程,并且回波峰值功率隨被測目標(biāo)的傾斜角度的增加而衰減,嚴(yán)重影響激光測距的最大測程。(2)為適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的“視見”著陸,對單反射鏡激光三維掃描高程測量系統(tǒng)成像分辨率進(jìn)行了研究,采用全波形回波數(shù)據(jù)對目標(biāo)回波信號(hào)處理,相對于離散式回波數(shù)據(jù)處理方式,該方法能精確測量最近目標(biāo)物高度信息,并可獲得光束范圍內(nèi)所有目標(biāo)信息。此外,建立了目標(biāo)成像分辨率仿真模型,提出最小目標(biāo)包圍的快速求交建模方法。以豎直分辨率為參考,確定激光器采集平面的虛擬截面,建立各截面與目標(biāo)物體之間的物理交互邏輯關(guān)系并確定交線,并研究了不可描述目標(biāo)成像過程。進(jìn)一步采用體積小、效率高的單線推帚式掃描方式獲得目標(biāo)圖像信息,分析了飛行速度、飛行高度對成像分辨率的影響,得出了測量系統(tǒng)的最佳應(yīng)用條件。(3)基于MTA(Multiple-Time-Around)區(qū)間計(jì)算方法和迭代優(yōu)化補(bǔ)償方法設(shè)計(jì)了適應(yīng)于進(jìn)近著陸的單反射鏡激光三維掃描高程測量系統(tǒng),消除了距離模糊和因目標(biāo)傾斜角度變化造成的成像失真問題。基于變倍擴(kuò)束理論設(shè)計(jì)了發(fā)射光學(xué)系統(tǒng),使得系統(tǒng)擴(kuò)束比在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)變化,保證了激光腳印的一致性;根據(jù)掃描角誤差需求,設(shè)計(jì)了多光楔補(bǔ)償接收光學(xué)系統(tǒng),在不改變光強(qiáng)的情況下,提高了探測器接收到的回波信號(hào)能量。(4)對建立的激光高程測量系統(tǒng),搭建了測試環(huán)境,分別對距離測量誤差、目標(biāo)分辨率、靜動(dòng)目標(biāo)以及被測目標(biāo)強(qiáng)度信息進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果顯示,所建立的系統(tǒng)距離測量誤差小于10cm,視場角為60°,幀頻達(dá)到了15Hz,像素為16×201點(diǎn)。
【圖文】：

圖 1.1 現(xiàn)有進(jìn)近著陸設(shè)備發(fā)展著陸方式經(jīng)歷了目視、無線電儀表、慣導(dǎo)、GPS 等階段。如要依靠目測的方法進(jìn)行飛行和著陸判斷，直到無線電著陸儀靠飛行員經(jīng)驗(yàn)的著陸和飛行方法才得以改善[8-11]。下滑道外指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)中指點(diǎn)信標(biāo)臺(tái)下滑臺(tái)航向/下滑臺(tái)接收機(jī)指點(diǎn)信標(biāo)接收機(jī)燈光耳機(jī)

來隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)成為對地觀測空間信息獲與成像光譜、合成孔徑激光雷達(dá)一起被列為對地觀測領(lǐng)域三輔助進(jìn)近著陸激光雷達(dá)主要應(yīng)用與軍事領(lǐng)域，民用航空還沒形測繪、規(guī)避障礙等方面得到了很好的發(fā)展。三維掃描高程測量研究現(xiàn)狀激光高程測量的研究現(xiàn)狀測量系統(tǒng)是自主獲取環(huán)境信息的重要組成部分，現(xiàn)有的高程測測量、三角高程測量、氣壓高程測量、無線電雷達(dá)高程測量 1.3 所示，水準(zhǔn)高程測量的原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視準(zhǔn)尺寸的讀數(shù)，采用一定的計(jì)算方法，，測定兩點(diǎn)的高差，從算另一點(diǎn)的高程，有：ABh = a b
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN249

【參考文獻(xiàn)】

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4 張鵬飛;潘靜巖;張濤;李麗;董光焰;;相干激光雷達(dá)探測目標(biāo)研究[J];激光與紅外;2015年07期

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7 張方正;潘時(shí)龍;;面向雷達(dá)應(yīng)用的微波光子信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)[J];數(shù)據(jù)采集與處理;2014年06期

8 賈存虎;;甘肅省無委辦處置一起無線電干擾飛機(jī)著陸系統(tǒng)重大空情[J];中國無線電;2014年08期

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10 羅遠(yuǎn);賀巖;胡善江;臧華國;尚建華;萬淵;陳衛(wèi)標(biāo);;基于聲光掃描的三維視頻激光雷達(dá)技術(shù)[J];中國激光;2014年08期

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2 張海;;基于軟件無線電技術(shù)的雷達(dá)高度表接收機(jī)[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（2001）[C];2001年

3 戴陽;蔣志凌;李發(fā)泉;程學(xué)武;龔順生;;瑞利激光導(dǎo)星收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)的研究[A];中國空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間探測專業(yè)委員會(huì)第十七次學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

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10 梁寶雯;近地層紫外自由空間通信收/發(fā)一體化非球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];武漢工程大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2600209