【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。本文以進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、掃描角誤差進行了分析。得出高度測量的指向性偏差影響進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)補償算法糾正了指向性誤差,對掃描角誤差設(shè)計了多光楔補償?shù)慕邮展鈱W(xué)系統(tǒng),使得探測器接收到的回波信號探測能量提高了30%。進一步開展了目標特性對回波強度影響的分析,得出脈沖激光測距回波信號強度是時間的累積過程,并且回波峰值功率隨被測目標的傾斜角度的增加而衰減,嚴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)成像分辨率進行了研究,采用全波形回波數(shù)據(jù)對目標回波信號處理,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物高度信息,并可獲得光束范圍內(nèi)所有目標信息。此外,建立了目標成像分辨率仿真模型,提出最小目標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成像過程。進一步采用體積小、效率高的單線推帚式掃描方式獲得目標圖像信息,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)間計算方法和迭代優(yōu)化補償方法設(shè)計了適應(yīng)于進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傾斜角度變化造成的成像失真問題�；谧儽稊U束理論設(shè)計了發(fā)射光學(xué)系統(tǒng),使得系統(tǒng)擴束比在一定范圍內(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)計了多光楔補償接收光學(xué)系統(tǒng),在不改變光強的情況下,提高了探測器接收到的回波信號能量。(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、目標分辨率、靜動目標以及被測目標強度信息進行了試驗,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°,幀頻達到了15Hz,像素為16×201點。
【圖文】：

圖 1.1 現(xiàn)有進近著陸設(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行飛行和著陸判斷，直到無線電著陸儀靠飛行員經(jīng)驗的著陸和飛行方法才得以改善[8-11]。下滑道外指點信標臺中指點信標臺下滑臺航向/下滑臺接收機指點信標接收機燈光耳機

來隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光雷達成為對地觀測空間信息獲與成像光譜、合成孔徑激光雷達一起被列為對地觀測領(lǐng)域三輔助進近著陸激光雷達主要應(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、無線電雷達高程測量 1.3 所示，水準高程測量的原理是利用水準儀提供的水平視準尺寸的讀數(shù)，采用一定的計算方法，，測定兩點的高差，從算另一點的高程，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】：TN249

【參考文獻】

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本文編號：2600209