运动目标探测激光扫描系统设计与原理实验

论文摘要

激光雷达可实现目标的高精度探测、高分辨成像、识别与跟踪,在民用和军事领域得到广泛的应用。扫描激光雷达可在较大空域范围实现目标搜索与探测,是激光雷达的重要研究方向。高速的激光扫描系统是激光雷达完成对运动目标捕获的关键。本文在分析介绍常用激光扫描技术的基础上,针对目标运动的状态与扫描空域大小,设计了基于高速振镜的激光扫描系统。分析研究了矩形、分行式螺旋、螺旋形和六边形等扫描方式的工作性能。考虑振镜因为加减速造成的时间损失问题,计算出四种扫描方式的扫描时间,并利用搭建的原理性实验系统,对矩形、分行式螺旋、六边形扫描三种方式的扫描速度进行测试,证明系统工作正常;根据已知的目标出现概率与运动方程,推导了有预警信息下运动扩展目标的捕获概率公式,计算了矩形、分行式螺旋形、螺旋形、六边形扫描等扫描方式下的目标捕获概率。结果表明,在给定时间与扫描面积的前提下,矩形扫描与分行式螺旋形扫描的捕获概率相同,都为91.84%,六边形扫描的捕获概率是96.71%,螺旋形扫描捕获概率只有70.74%。所以六边形扫描方式具有更好的工作性能。为进一步测试不同扫描方式下的目标捕获性能,对静止与模拟运动目标进行捕获实验测试,对不同扫描方式下的测量结果进行了分析讨论。六边形扫描相对于其他扫描方式的探测事件发生次数最多,所以六边形扫描方式具有更好的目标捕获性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 激光扫描技术概述
• 1.2 激光目标捕获理论概述
• 1.3 本文的研究内容与结构安排
• 第二章 激光高速扫描系统设计
• 2.1 激光目标探测原理及系统设计基本考虑
• 2.1.1 激光雷达方程
• 2.1.2 系统设计基本考虑
• 2.2 扫描原理系统扫描速度测试
• 2.2.1 扫描方式分析
• 2.2.2 测试方法
• 2.2.3 软件使用简介
• 2.2.4 测试结果分析
• 2.3 高速振镜扫描系统设计与实现
• 2.3.1 总体框架与各部件选择
• 2.3.2 系统集成设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 目标探测扫描系统捕获方式性能分析与仿真
• 3.1 目标探测分析
• 3.1.1 目标捕获原理
• 3.1.2 扫描方式与扫描模型
• 3.1.3 目标运动模型与目标出现概率函数分析
• 3.1.4 捕获概率计算公式推导
• 3.2 动目标捕获仿真
• 3.2.1 捕获概率计算机仿真
• 3.2.2 不同速度下的捕获概率计算机仿真
• 3.2.3 激光重频不同时的捕获概率计算机仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 运动目标扫描捕获测试
• 4.1 实验系统组成介绍
• 4.2 回波信号分析与工作参数设置
• 4.2.1 静止模拟目标回波信号测试
• 4.2.2 探测概率分析
• 4.2.3 采样率分析
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 静目标实验过程与结果分析
• 4.3.2 运动目标实验过程与结果分析
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果