本文關(guān)鍵詞：面陣三維成像激光雷達接收試驗系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 激光雷達 凝視成像 面陣探測器 偏振調(diào)制 光機集成分析

【摘要】：三維成像激光雷達具有主動成像,測距精度高,信息量大等諸多優(yōu)點,能廣泛應(yīng)用于目標識別和跟蹤、地形地貌測繪、障礙物規(guī)避、精密無損檢測等諸多領(lǐng)域,具有廣闊的軍事和民用前景。遠距離高分辨率快速三維成像激光雷達一直是研究熱點。雖然,距離門選通技術(shù)的出現(xiàn),大大提高了激光雷達測距精度和實時性,促進了高分辨率激光雷達的發(fā)展,但是,目前仍處于初步發(fā)展階段。研究遠距離高分辨率快速三維成像激光雷達,對推動我國激光雷達技術(shù)的發(fā)展和掌握三維成像激光雷達前沿關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。綜合三維成像激光雷達文獻調(diào)研結(jié)果和國內(nèi)三維成像激光雷達關(guān)鍵器件生產(chǎn)制造和外購情況,提出了一種基于KDP電光晶體偏振調(diào)制原理的距離選通偏振調(diào)制三維成像激光雷達系統(tǒng)方案。首先,詳細論述了KDP晶體縱向運用時的相位調(diào)制原理;偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達基于距離門選通技術(shù)從目標物強度圖獲取距離信息的理論方法。然后,針對該型激光雷達技術(shù)原理,對其接收光學(xué)系統(tǒng)光路進行了設(shè)計;并利用光學(xué)設(shè)計軟件對整個接收光學(xué)系統(tǒng)進行光學(xué)設(shè)計和公差分析,評估了接收光學(xué)系統(tǒng)理論成像質(zhì)量。再者,介紹了接收光學(xué)系統(tǒng)中大孔徑光學(xué)元件安裝固定的光機結(jié)構(gòu)特點,借鑒空間光學(xué)系統(tǒng)光-機-熱集成分析思想,評估分析了接收光學(xué)系統(tǒng)中大口徑光學(xué)元件自重變形和溫度梯度影響下面形變形對激光雷達系統(tǒng)性能的影響。最后,搭建試驗系統(tǒng),進行了偏振調(diào)制三維成像激光雷達原理驗證性試驗。仿真分析結(jié)果表明,大口徑光學(xué)元件自重變形影響不會對偏振調(diào)制三維激光雷達性能構(gòu)成危害;元件徑向溫度梯度和軸向溫度梯度會使接收光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量退化,影響雷達系統(tǒng)的縱向和橫向分辨率,一定溫差范圍內(nèi),適當選擇探測器的binning模式,犧牲橫向分辨率可保證縱向測距精度:軸向和徑向溫差不超過1℃,探測器2×2binning模式,激光雷達系統(tǒng)橫向分辨率下降一半,縱向距離對比度大于0.95。完成了實驗平臺的搭建并進了三維成像實驗:選擇約1公里處的一座建筑物作為目標物,用偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達進行了實景成像探測,驗證了偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達原理樣機的可行性。
【關(guān)鍵詞】：激光雷達 凝視成像 面陣探測器 偏振調(diào)制 光機集成分析
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN958.98
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 三維成像激光雷達國內(nèi)外現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 掃描型三維成像激光雷達現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 非掃描面陣三維成像激光雷達現(xiàn)狀12-18
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容18-21
• 2 偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達系統(tǒng)原理21-31
• 2.1 偏振調(diào)制面陣三維成像激光雷達基本結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2 面陣三維成像激光雷達測距原理22-28
• 2.2.1 電光晶體偏振調(diào)制原理22-26
• 2.2.2 偏振調(diào)制方法測距原理26-28
• 2.3 激光雷達方程28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 3 面陣三維成像激光雷達接收光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)設(shè)計31-51
• 3.1 接收光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)確定31-35
• 3.2 面陣三維成像激光雷達接收光學(xué)系統(tǒng)選型35-39
• 3.3 接收望遠物鏡光學(xué)設(shè)計39-43
• 3.3.1 接收望遠物鏡初始結(jié)構(gòu)計算39-41
• 3.3.2 接收望遠物鏡ZEMAX優(yōu)化設(shè)計及像質(zhì)評價41-43
• 3.4 準直組與成像組光學(xué)設(shè)計43-46
• 3.4.1 準直組與成像組初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計算43-45
• 3.4.2 準直組與成像組透鏡ZEMAX優(yōu)化設(shè)計及像質(zhì)評價45-46
• 3.5 接收光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評價46-47
• 3.6 接收光學(xué)系統(tǒng)公差分析47-50
• 3.7 本章小結(jié)50-51
• 4 大口徑光學(xué)元件自重及溫度梯度對系統(tǒng)性能的影響51-71
• 4.1 主次鏡、校正板光機結(jié)構(gòu)特點51-55
• 4.2 元件自重及溫度梯度影響評估分析方法55-61
• 4.2.1 Zernike多項式鏡面變形擬合方法及精度評估56-59
• 4.2.2 接收光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)退化對系統(tǒng)性能影響評估方法59-61
• 4.3 元件自重變形對系統(tǒng)性能的影響61-63
• 4.4 溫度梯度對系統(tǒng)性能的影響63-70
• 4.4.1 軸向溫差對系統(tǒng)性能的影響64-66
• 4.4.2 徑向溫差對系統(tǒng)性能的影響66-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 5 面陣三維成像激光雷達系統(tǒng)實驗71-81
• 5.1 KDP晶體半波電壓和偏振調(diào)制特性測試71-75
• 5.1.1 KDP晶體半波電壓測定71-74
• 5.1.2 KDP晶體偏振調(diào)制特性測試74-75
• 5.2 三維成像實驗75-79
• 5.3 本章小結(jié)79-81
• 總結(jié)與展望81-83
• 參考文獻83-87
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果87-88

【參考文獻】

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本文編號：831800