【摘要】：激光三維成像雷達(dá)作為近年來高速發(fā)展的新型遙感技術(shù),國內(nèi)研究單位的熱點(diǎn)多集中于點(diǎn)源和線列探測的民用測繪領(lǐng)域,由于受到陣列探測器的渠道制約,面陣探測器的研究未受到重視。本系統(tǒng)試以基于小面陣探測器的高幀頻、寬收容的激光三維主動(dòng)成像雷達(dá)為探索目標(biāo),研究了實(shí)現(xiàn)高幀頻、寬收容所涉及的關(guān)鍵技術(shù),完成原理樣機(jī)系統(tǒng)的搭建。同時(shí),對(duì)MEMS擺鏡在小型化激光三維成像雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。本文主要圍繞小面陣三維成像激光雷達(dá)樣機(jī)的設(shè)計(jì)要求,提出了用激光分束照明以實(shí)現(xiàn)發(fā)射光束與探測器像元的配準(zhǔn),同時(shí)采用了收發(fā)共口徑的光學(xué)系統(tǒng),有利于系統(tǒng)的小型化集成。對(duì)于小面陣探測器的高精度激光測距技術(shù),詳細(xì)分析了激光測距的誤差組成,研究了對(duì)面陣探測器的溫度補(bǔ)償技術(shù)、低噪聲回波放大技術(shù)、恒比定時(shí)技術(shù)等,分別基于單元探測器和面陣探測器設(shè)計(jì)了高精度的測距實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下:(1)利用達(dá)曼光柵實(shí)現(xiàn)了發(fā)射激光束的分束照明,配合收發(fā)共口徑的光學(xué)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了APD陣列像元和激光探測光斑的配準(zhǔn)關(guān)系,縮小了光學(xué)頭部的體積。(2)通過研究低噪聲放大技術(shù)、自動(dòng)溫度補(bǔ)償技術(shù)、恒比定時(shí)技術(shù)和峰值保持電路等,解決了小面陣探測器的并行高速處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)了小面陣探測器的厘米級(jí)高精度的測距結(jié)果。(3)在國內(nèi)小面陣APD探測器三維成像工程應(yīng)用領(lǐng)域,做出了有益的探索,在單束發(fā)射脈沖無掃描的原理樣機(jī)試驗(yàn)中,得到了探測目標(biāo)的面陣成像數(shù)據(jù),取得了理想的結(jié)果。(4)對(duì)MEMS擺鏡應(yīng)用于小型化激光成像雷達(dá)的方案做出了分析,提出了配合二次光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)的收發(fā)共軸光學(xué)系統(tǒng)。
【圖文】：

第一章 緒論器實(shí)現(xiàn)了高精度大視場的掃描結(jié)果。其所使用的 1550nm波段的激光器能量不易為人眼視網(wǎng)膜吸收，具有一定的安全性，所以被稱為“人眼安全”激光器。小型化(16cm×14cm×5cm)和低功耗(18w)是該項(xiàng)目的一大特點(diǎn)，另輔之以 GPS 系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)通信功能，此成果已經(jīng)在美國陸軍Packbot系列機(jī)器人上得到應(yīng)用[9]表 1-2 為該項(xiàng)目的系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)，圖 1 展示了在室內(nèi)偽彩色三維成像效果，表 1-為 ARL研發(fā)的三維成像激光雷達(dá)的系統(tǒng)指標(biāo)。

圖 1-2 a.KIDAR-B25 激光雷達(dá)機(jī)械掃描結(jié)構(gòu) b.精細(xì)掃描成像效果圖1.3 基于面陣探測器的激光雷達(dá)成像系統(tǒng)1.3.1 GEN 系列激光雷達(dá)成像系統(tǒng)美國 MIT 的林肯實(shí)驗(yàn)室（Lincoln Lab）作為基于蓋革模式 GM（Geiger Mode）的 APD 陣列激光三維成像雷達(dá)的先驅(qū)，從 20 世紀(jì) 90 年代以來，一直致力于小型化低功耗的激光三維成像系統(tǒng)的研發(fā)和改進(jìn)。隨著被動(dòng)調(diào) Q 泵浦二極管激光器和具有片上計(jì)時(shí)電路的 GM-APD 陣列的研發(fā)成功，2002 年林肯實(shí)驗(yàn)室推出了第一代車載激光三維成像系統(tǒng) Gen-Ⅰ(Brassboard)。Gen-Ⅰ系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)為:采用 532nm 波長脈沖激光器，脈沖重頻為 1kHz，單脈沖能量為 30 ，，利用 4×4陣列 GM-APD探測器和激光飛行時(shí)間測量法（TOF）
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN958.98

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 謝庚承;飛行目標(biāo)激光測距技術(shù)研究[D];中國工程物理研究院;2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉鑫;GM-APD陣列探測器讀出電路設(shè)計(jì)[D];長春理工大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2527845