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水下激光近程探测系统测距精度研究与误差分析

发布时间:2020-04-08 09:05
【摘要】:蓝绿激光在水下的测距过程十分复杂,海水信道、目标反射以及接收通道的动态范围会对回波信号的波形产生作用,出现信号展宽、延时及饱和等现象,对水下激光测距精度造成严重影响。本文通过建立水下激光测距仿真模型,对蓝绿激光在海水中的测距精度和误差展开研究。按照海水成分及光学特性,计算海水对532nm绿光的吸收和散射系数;用双向反射函数(BRDF)描述非朗伯面的目标反射特性,推导激光在海水中的目标回波功率方程;分析了在不同目标距离、入射角及海水水质下目标回波功率的变化规律及动态范围。分析了海水信道、目标倾斜角和电路参数对激光回波信号的调制特性,在此基础上,建立水下脉冲激光回波信号仿真模型,提出一种针对激光接收处理电路的系统误差仿真方法,分析不同时刻鉴别方法的系统测距精度,作为后续系统设计的依据。通过分析系统测距精度随目标距离及发射脉宽的变化规律,判定影响系统测距精度的主要误差来源。以线性化模型推导时刻鉴别抖动误差与饱和漂移误差的解析表达式,针对饱和漂移误差提出相应消减补偿误差的方法,结合复合时刻鉴别法建立饱和漂移误差补偿数学模型,并通过实验验证了饱和漂移误差补偿方法的有效性。设计制作测距电路,开展水池实验验证水下激光测距仿真模型的正确性,并根据仿真误差修正测量结果。测试结果表明,测距系统在模拟海水中的测距范围约为10m,测距精度优于±0.3m。本文通过理论分析、仿真计算以及试验相结合的方法,对水下脉冲激光测距系统开展了相关研究,研究成果可为蓝绿激光在水下近程测距中的应用提供理论依据和设计参考。
【图文】:

脉冲波形,研究思路


,、距离下恒比定时法及高通容阻法的定时误差[29]。逡逑分析国内外误差分析的研究现状,可以发现:(1)统计仿真法计算量大,且没路动态响应对脉冲波形的影响,,本文将采用电路仿真法建立水下测距过程仿真某一系统参数对总体误差的影响;(2)前人的误差分析都是建立信号不饱和海水中目标回波信号的动态范围很大,近距离时接收系统极容易饱和,本文和引起的误差进行分析并提出相应补偿方法。逡逑主要研宄内容逡逑本文主要以水下蓝绿激光引信为背景,开展了水下激光近程测距技术的研究。如图所示,首先分析了海水信道、目标反射和电路放大对激光回波波形的调制水下脉冲激光回波信号数学模型;提出一种针对接收处理电路的系统误差仿水下测距过程仿真模型,分析不同时刻鉴别方法的系统测距精度,作为系统考;通过分析系统测距精度随目标距离及发射脉宽的变化规律,找出影响系的主要误差来源且提出相应的补偿方法;设计制作测距电路,并开展验证实I逦i逡逑

原理图,恒比定时,高通,信号幅度


逡逑高通容阻的原理是检测输入信号的峰值点,虽然信号的幅值会改变,但信号峰值点逡逑的时刻不变,可以消除固定阈值时刻鉴别所带来的漂移误差。如图2.2所示,输入信号逡逑通过一个高通的容阻滤波电路,由于微分效应,钟形信号变成近似正弦波信号,极值点逡逑变为零点,以此作为起止时刻点,将不受脉冲幅值的影响[34]。逡逑c逦^一强光信号逡逑"^||邋I邋I逦弱光信号逡逑1邋I逡逑图2.2高通容阻法原理图逡逑恒比定时法的基本原理是选定恒定的触发比,定时点保持在信号幅度的恒定比例的逡逑位置,这种方法的优点是触发点不会因为信号幅度变化而发生变化[28]。基本的原理见图逡逑2.3(a)所示,信号是回波脉冲经电路放大后的回波信号,K⑷被分成两路,一路经逡逑过延迟变为信号延迟时间为另一路经过衰减变为信号F2(0,衰减因子为逡逑两路信号然后经过比较器输出零点位置,即为定时点k位置。令信号^邋=逦其中逡逑F。为信号幅度
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN249

【参考文献】

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本文编号:2619159

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