窄帶濾波測速系統(tǒng)采用具有明暗相間透射比結(jié)構(gòu)的窄帶濾波器,輸出頻率與被測目標運動速度成正比的周期信號,結(jié)合時鐘信號,實現(xiàn)被測目標的速度和相對位移的測量。該系統(tǒng)不依賴于相干光源,穩(wěn)定性好,結(jié)構(gòu)簡單,因此在遠距、大空間范圍、大尺寸的固體測速領域有著廣闊的應用前景和價值。隨著光電探測器像素陣列的光學間隔達到了微米級別,窄帶濾波測速系統(tǒng)的測量精度大幅提高,因此該方法近些年來越來越受到重視,發(fā)展十分迅速。本論文根據(jù)“借助于具有隨機分布圖案的目標進行自主位移、速度以及相關衍生幾何量測量”的要求,提出了以面陣CMOS圖像傳感器為窄帶濾波器的測速方法。基于像素自由組合、灰度加權(quán)的原理,構(gòu)建參數(shù)可調(diào)的新型窄帶濾波器。通過理論、仿真和實驗研究。論文的主要工作內(nèi)容和成果如下:1、系統(tǒng)調(diào)研和分析了高精度位移、速度測量方法和相關產(chǎn)品;重點分析了窄帶濾波測速方法中所采用的窄帶濾波器件的種類、特性和發(fā)展趨勢;綜合比較之下,CMOS圖像傳感器在靈敏度、分辨率、商用程度(制造工藝簡單、價格低廉)、信號采集讀取速度和功耗等方面都具有顯著的優(yōu)勢,因此確立了以CMOS圖像傳感器作為窄帶濾波器件的研究方向。2、建立了窄帶濾波測速...

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 速度測量的重要意義
    1.2 測速原理和產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 近端測速技術(shù)
        1.2.2 遠端測速技術(shù)
    1.3 窄帶濾波測速技術(shù)
        1.3.1 窄帶濾波測速技術(shù)發(fā)展歷程
        1.3.2 窄帶濾波器
    1.4 本論文研究的意義和主要內(nèi)容
        1.4.1 面陣圖像傳感器
        1.4.2 論文的主要研究內(nèi)容
    1.5 本章小節(jié)
2 二維鑒向差分CMOS窄帶濾波測速原理
    2.1 一維窄帶濾波測速原理
        2.1.1 一維窄帶濾波測速系統(tǒng)
        2.1.2 空間域分析
        2.1.3 空間頻譜分析
        2.1.4 窄帶濾波器頻譜分析
    2.2 差分檢波技術(shù)
    2.3 運動方向鑒別技術(shù)
        2.3.1 頻移鑒向技術(shù)
        2.3.2 相移鑒向技術(shù)
    2.4 二維速度測量
        2.4.1 光柵刻線的方向
        2.4.2 二維速度測量
    2.5 二維鑒向差分CMOS窄帶濾波測速系統(tǒng)
    2.6 本章小節(jié)
3 CMOS窄帶濾波測速系統(tǒng)設計
    3.1 窄帶濾波器的頻譜特性
        3.1.1 中心頻率偏離誤差
        3.1.2 頻譜帶寬
    3.2 窄帶周期對功率譜的影響
    3.3 占空比對功率譜的影響
    3.4 六類窄帶濾波器的功率譜分析
        3.4.1 矩形類正弦透射比窄帶濾波器
        3.4.2 矩形類矩形透射比窄帶濾波器
        3.4.3 圓形類正弦透射比窄帶濾波器
        3.4.4 圓形類矩形透射比窄帶濾波器
        3.4.5 高斯類正弦透射比窄帶濾波器
        3.4.6 高斯類矩形透射比的窄帶濾波器
        3.4.7 六類窄帶濾波器的功率譜比較
    3.5 窄帶濾波器結(jié)構(gòu)參數(shù)設計原則
        3.5.1 窄帶周期
        3.5.2 窗口形狀和透射函數(shù)
        3.5.3 窄帶濾波器的節(jié)距
    3.6 測量目標的要求
        3.6.1 最優(yōu)被測目標模型
        3.6.2 失效被測目標模型
        3.6.3 微小顆粒目標
        3.6.4 粗糙面目標
    3.7 窄帶濾波測速的性能參數(shù)
        3.7.1 測速范圍和線性度
        3.7.2 分辨率分析
        3.7.3 測速精度
    3.8 系統(tǒng)仿真
        3.8.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真要求和建模方法
        3.8.2 仿真程序設計
        3.8.3 仿真運算及結(jié)果分析
    3.9 本章小結(jié)
4 窄帶濾波測速信號處理方法
    4.1 窄帶濾波測速信號類型
    4.2 常用的信號處理方法
        4.2.1 計數(shù)技術(shù)
        4.2.2 相關分析
        4.2.3 頻譜分析
        4.2.4 頻率跟蹤
    4.3 窄帶濾波測速信號的頻譜計算方法仿真
        4.3.1 快速傅里葉變換
        4.3.2 自相關時域計數(shù)
        4.3.3 自相關快速傅里葉變換
        4.3.4 離散頻譜比值頻率校正
    4.4 本章小節(jié)
5 面陣CMOS窄帶濾波測速實驗
    5.1 一維位移測量
        5.1.1 實驗平臺設計
        5.1.2 人造隨機圖案
        5.1.3 花紋水泥路面
    5.2 二維位移測量
    5.3 轉(zhuǎn)動速度、位移測量
    5.4 測量系統(tǒng)性能分析
        5.4.1 測速范圍
        5.4.2 測量精度
    5.5 本章小節(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 論文的主要工作
    6.2 論文的創(chuàng)新點
    6.3 展望
作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果
參考文獻



本文編號：3877802