近年來隨著室內(nèi)機(jī)器人、無人駕駛的興起,定位于消費(fèi)級市場的激光雷達(dá)產(chǎn)品已經(jīng)凸顯出廣闊的應(yīng)用前景。目前,消費(fèi)級三維激光雷達(dá)的主流技術(shù)路線為機(jī)械式三維激光雷達(dá),該技術(shù)已經(jīng)非常成熟。但是這種類型的三維激光雷達(dá)系統(tǒng)光機(jī)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,裝配難度極大,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。此外,為了獲得更高密度激光點(diǎn)云往往要增加激光脈沖二極管和APD探測器的數(shù)量,而這會引起核心IC芯片數(shù)量的提升,導(dǎo)致整體成本居高不下。本文主要圍繞低成本、小型化三維激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,提出一種基于二維MEMS微鏡掃描的激光雷達(dá)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案。首先在激光發(fā)射端完成了脈沖激光二極管的選型及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì),并在光學(xué)設(shè)計(jì)上采用光纖耦合再準(zhǔn)直的方案并進(jìn)行光學(xué)仿真論證,對激光束進(jìn)行整形,使其發(fā)散角以及光斑大小均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。然后在激光接收端對跨阻放大電路、電壓放大電路以及電壓比較器電路進(jìn)行了電路仿真并驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)反射回來的激光發(fā)射端激光脈沖序列信息的有效接收。最后在MEMS微鏡掃描端選擇工作模式為二維準(zhǔn)靜態(tài)掃描的MEMS微鏡,并對微鏡反射掃描特性進(jìn)行了相關(guān)理論分析以及仿真,讓激光脈沖序列發(fā)射與MEMS微鏡二維準(zhǔn)靜態(tài)掃描同步,實(shí)現(xiàn)了MEMS三... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：134 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 背景介紹
    1.2 三維激光雷達(dá)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
2 MEMS微鏡控制
    2.1 MEMS微鏡發(fā)展現(xiàn)狀
    2.2 物理模型介紹
    2.3 MEMS微鏡的開環(huán)控制方法
    2.4 新型滑膜控制算法設(shè)計(jì)
    2.5 算法仿真驗(yàn)證
    2.6 本章小結(jié)
3 脈沖編碼相關(guān)測距技術(shù)
    3.1 測距方法介紹
    3.2 脈沖編碼相關(guān)算法
    3.3 本章小結(jié)
4 激光雷達(dá)理論以及系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
    4.1 大氣中的激光傳輸特性
    4.2 目標(biāo)的反射特性
    4.3 激光雷達(dá)距離方程
    4.4 MEMS三維激光雷達(dá)樣機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    5.1 激光發(fā)射端設(shè)計(jì)
    5.2 接收端模塊設(shè)計(jì)
    5.3 MEMS微鏡模塊設(shè)計(jì)
    5.4 本章小結(jié)
6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    6.1 FPGA控制程序設(shè)計(jì)
    6.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)
    6.3 本章小結(jié)
7 系統(tǒng)測試及結(jié)果
    7.1 距離標(biāo)定測試
    7.2 編碼干擾測試
    7.3 成像測試
    7.4 本章小結(jié)
8 總結(jié)與展望
    8.1 研究工作總結(jié)
    8.2 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄
附錄2 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表專利目錄



本文編號：3008454