一维扫描激光主动成像研究

论文摘要

激光雷达是一种主动式现代光学遥感设备,在军事、民用、气象等方面均得到了广泛的应用。已发展的汽车前视激光雷达一般为二维扫描激光雷达,其系统较一维扫描激光雷达结构复杂,成像速度慢。本文设计了一维扫描激光主动成像系统,结构紧凑简单、造价低廉、成像速度快,可用于防止汽车与障碍物之间的碰撞。本文首先介绍了扫描成像激光雷达的原理,基于扫描成像激光雷达原理设计了一维扫描主动成像系统。用光学设计软件ZEMAX设计了准直905nm半导体激光器的柱面镜系统和开普勒变波束发射系统,对光束传输进行模拟仿真,使光束满足实验要求。根据光学系统结构从理论上计算并模拟了成像最佳时探测器放置的位置,并借助于He-Ne激光器进行了实验研究。同时对无穷远处目标成像和近处目标成像进行了计算和分析,对目标位于近处的有效成像范围进行了实验研究。介绍了一维扫描激光主动成像系统的信号处理系统,包括信号的发生、采集以及计算机实时显示激光雷达成像图。采用HY-8110任意信号发生板提供扫描振镜驱动信号、激光脉冲触发信号和同步信号。C30659-900雪崩管探测信号并送入基于AD603的增益为034dB可调的放大器放大。然后经F508B高速数据信号采集卡将模拟信号转换成能够实时处理的数字信号。实时显示软件在VC++环境下编写,包括用户控制界面、实时显示窗口。对信号发生板与信号采集卡的同步问题进行了研究,提出了有效的解决方案。研究了一维扫描激光雷达的室内成像和室外成像,室内成像目标分别位于9m和16m处,成像质量良好;室外成像目标位于60m处,提出适用于远处目标的距离选通方案,完成了对远处目标的探测采集工作,得到了清晰的一维扫描激光雷达强度图像。最后对提高成像质量进行了实验研究,采用光谱滤波的方法提高信噪比,得到了较高分辨率的探测图像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和课题研究的目的意义
• 1.2 激光雷达国内外发展现状
• 1.2.1 固体激光器激光雷达
• 2 激光雷达'>1.2.2 C0₂激光雷达
• 1.2.3 半导体激光雷达
• 1.3 课题的任务及意义
• 第2章 扫描成像激光雷达原理
• 2.1 激光雷达基本组成及其功能
• 2.2 激光雷达扫描成像技术
• 2.3 激光雷达大气传输特性
• 2.3.1 激光大气衰减
• 2.3.2 大气湍流对激光传输的影响
• 2.4 激光雷达目标特性
• 2.4.1 典型物的反射率
• 2.4.2 激光雷达目标截面
• 2.5 噪声计算与背景抑制
• 2.5.1 噪声计算
• 2.5.2 背景杂波的抑制
• 2.6 激光雷达距离方程
• 2.7 小结
• 第3章 一维扫描激光主动成像系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 光学系统设计
• 3.2.1 发射光学系统研究
• 3.2.2 接收光学系统研究
• 3.3 信号处理系统
• 3.3.1 激光雷达信号发生
• 3.3.2 激光雷达信号采集
• 3.3.3 激光雷达实时成像计算机显示
• 3.4 小结
• 第4章 一维扫描激光主动成像实验研究
• 4.1 光学系统实验研究
• 4.1.1 探测最佳位置的实验研究
• 4.1.2 近处目标有效成像范围实验研究
• 4.2 信号处理系统的实验研究
• 4.2.1 探测器及信号放大
• 4.2.2 信号发生板与信号采集卡的同步研究
• 4.2.3 距离选通实验研究
• 4.3 一维扫描激光雷达成像实验研究
• 4.3.1 室内成像研究
• 4.3.2 室外成像研究
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢