發(fā)布時間：2017-09-20 01:08

  本文關(guān)鍵詞：大尺寸運動物體的激光掃描檢測系統(tǒng)的研究與設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 激光掃描系統(tǒng) 雙振鏡結(jié)構(gòu) 誤差分析 點云數(shù)據(jù)預(yù)處理

【摘要】：隨著民航機場信息化改革的需要,智能化飛機泊位系統(tǒng)取代人工引導(dǎo)方式成為大勢所趨,基于民航機場的需求,針對現(xiàn)有飛機泊位引導(dǎo)系統(tǒng)的不足,本文提出結(jié)合圖像識別法和激光掃描檢測法,利用其優(yōu)勢互補的特點,實現(xiàn)高精度、高可靠性的飛機泊位引導(dǎo)系統(tǒng),并詳細介紹了該系統(tǒng)中激光掃描子系統(tǒng)的原理及設(shè)計方法。針對現(xiàn)有激光掃描儀的掃描范圍和掃描速度的限制,本文提出采用雙振鏡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)激光掃描系統(tǒng)的方法,以滿足對大尺寸移動物體的掃描要求。結(jié)合系統(tǒng)的應(yīng)用場景,給出其總體設(shè)計方案,并完成了系統(tǒng)的理論分析、誤差分析與校正、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計等工作。針對雙振鏡結(jié)構(gòu)中存在的誤差,本文根據(jù)其機械尺寸和幾何關(guān)系,通過對其建立數(shù)學(xué)模型,計算空間內(nèi)任一點的坐標表達式,從空間坐標解析的表達式中分析系統(tǒng)誤差的來源。并計算了系統(tǒng)在六個自由度上允許的最大安裝傾角,以及安裝高度的最大輸入誤差。針對系統(tǒng)中測距誤差、角度誤差、非線性誤差,本文分析了誤差產(chǎn)生的原因,并給出了相應(yīng)的校正方法,提高激光測距儀的測距精度的同時,減小電機轉(zhuǎn)動的角度誤差,并消除掃描軌跡的枕形誤差。針對步進電機參考零點的不確定性,本文介紹了系統(tǒng)物理零點的選取依據(jù),并給出應(yīng)用于不同場合,系統(tǒng)快速回到零點的多種方法。針對激光測距儀多次定點測量會產(chǎn)生多類距離值的問題,本文采用對數(shù)據(jù)分堆處理的方法,分別計算每堆數(shù)據(jù)的均值和概率,提高距離測量的精度。對于掃描數(shù)據(jù)的處理方法,本文通過多值平均、數(shù)據(jù)裁剪、中值濾波、角度校正、速度補償?shù)确椒?使二維掃描曲線更接近真實曲線,并且可實現(xiàn)對移動的物體進行三維掃描。本文采用ARM+FPGA架構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的掃描控制器,ARM主要用于設(shè)備間通信、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理,FPGA則主要產(chǎn)生步進電機的控制時序,充分發(fā)揮每種器件的優(yōu)勢,提高了掃描系統(tǒng)的掃描精度,增強了設(shè)計的靈活性。本文給出了系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)方法,包括掃描控制器的硬件電路設(shè)計、主控制器的軟件設(shè)計、電機控制時序的產(chǎn)生、配置軟件可視化界面的設(shè)計,最后對系統(tǒng)進行了全面的測試,測試結(jié)果驗證了理論分析的結(jié)果,而且,系統(tǒng)的距離測量、角度控制、掃描速度和精度、零點處理、以及飛機模型的引導(dǎo)效果等指標均能滿足應(yīng)用要求。
【關(guān)鍵詞】：激光掃描系統(tǒng) 雙振鏡結(jié)構(gòu) 誤差分析 點云數(shù)據(jù)預(yù)處理
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V351.3;TN249
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 激光掃描檢測系統(tǒng)12-13
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容13-15
• 第二章 激光掃描檢測系統(tǒng)總體設(shè)計15-29
• 2.1 引導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用場景15-16
• 2.2 掃描系統(tǒng)方案設(shè)計16-17
• 2.3 激光掃描系統(tǒng)的設(shè)計17-27
• 2.3.1 激光測距儀的選型與使用18-22
• 2.3.2 步進電機的選型與使用22-25
• 2.3.3 掃描控制器的設(shè)計25-26
• 2.3.4 可視化配置軟件的設(shè)計26-27
• 2.4 本章小節(jié)27-29
• 第三章 掃描系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立與誤差分析29-48
• 3.1 掃描系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型29-31
• 3.2 系統(tǒng)誤差來源31-32
• 3.3 誤差分析與校正32-47
• 3.3.1 系統(tǒng)安裝傾角誤差計算32-36
• 3.3.2 安裝高度輸入誤差計算36-38
• 3.3.3 激光測距儀誤差校正38
• 3.3.4 角度誤差校正38-45
• 3.3.5 非線性誤差校正45-47
• 3.4 本章小節(jié)47-48
• 第四章 激光點云數(shù)據(jù)預(yù)處理48-69
• 4.1 掃描系統(tǒng)零點處理48-57
• 4.1.1 粗略回零48-50
• 4.1.2 系統(tǒng)零點標定50-52
• 4.1.3 邊框確認與校準52-57
• 4.2 測距數(shù)據(jù)預(yù)處理57-58
• 4.3 掃描數(shù)據(jù)預(yù)處理58-68
• 4.3.1 掃描類型58-60
• 4.3.2 掃描點個數(shù)分析60-61
• 4.3.3 二維掃描數(shù)據(jù)處理61-65
• 4.3.4 三維掃描數(shù)據(jù)處理65-68
• 4.4 本章小節(jié)68-69
• 第五章 掃描系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計與測試69-89
• 5.1 掃描系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)69
• 5.2 掃描控制器電路設(shè)計69-74
• 5.2.1 電源模塊70
• 5.2.2 時鐘和復(fù)位模塊70-71
• 5.2.3 ATSAM4S電路設(shè)計71-73
• 5.2.4 FPGA電路設(shè)計73-74
• 5.3 掃描系統(tǒng)的軟件設(shè)計74-81
• 5.3.1 主控制器軟件設(shè)計74-78
• 5.3.2 電機控制時序的產(chǎn)生78-80
• 5.3.3 配置軟件的設(shè)計80-81
• 5.4 系統(tǒng)測試81-87
• 5.4.1 激光測距儀測試82
• 5.4.2 電機轉(zhuǎn)動角度測試82-84
• 5.4.3 掃描測試84-85
• 5.4.4 邊框確認測試85-86
• 5.4.5 校準測試86-87
• 5.4.6 引導(dǎo)測試87
• 5.5 本章小節(jié)87-89
• 第六章 總結(jié)與展望89-91
• 致謝91-92
• 參考文獻92-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果96-97

【參考文獻】

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本文編號：884990