探测与测距一体化技术研究
发布时间：2021-05-11 15:08
近些年以来,随着科技的发展,对于光电跟踪设备的需求越来越多,而传统的分立式探测与测距系统中,探测与测距系统各自独立布局,引起整个系统的出现测距测不准,测不好的问题,同时对光电系统的结构紧凑、体积方面造成很大的影响,间接的影响了整个系统的性能。由于定向系统内部探测和测距系统独自集成引起的光轴不共线,常常出现不能有效测距的问题,同时限制了系统的性能。基于传统分立式布局探测与测距系统,本文尝试建立探测和测距一体化系统,使其同光路共孔径,消除视差,提高了整个系统集成度。本文即是针对传统的分立式探测与测距系统为研究对象,促进光电测量系统的小型化发展,提高定向系统的适应性。可见光成像和激光测距是传统的定向系统的重要组成部分,其中成像系统是为了对目标进行成像,以获取目标成像特征,并通过实时跟踪以确定目标方位信息;而测距系统主要是为了获取目标的距离信息。只有确定目标方位和距离信息,才能实现对目标的测量。本文首先研讨了探测与测距的基本原理,其借助探测器将光信号转变为电信号,而探测系统是将光信号转变为图像信号。测距信号是将激光回波信号转变为电信号,然后进行波形的处理,通过测量飞行时间可以计算出被测距离。最...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 国内外发展现状
1.3 论文主要内容和章节安排
第2章 探测和测距基本原理
2.1 光电探测的方式
2.2 光电探测器
2.2.1 图像探测器
2.2.2 点探测器
2.3 信噪比方程
2.4 激光测距的原理
2.4.1 激光测距方程
2.4.2 激光在大气中的透过率
2.4.3 作用距离
2.5 激光测距系统的误差分析
2.5.1 测距误差分析
2.5.2 减少误差提高精度的主要途径
2.6 激光测距数字化仿真
2.6.1 激光脉冲发射
2.6.2 激光回波
2.6.3 噪声生成仿真
2.6.4 数字滤波仿真
2.6.5 时刻鉴别方法
2.6.6 计算距离
2.6.7 激光测距数字化仿真结果
2.7 小结
第3章 探测与测距一体化方法研究
3.1 探测与测距系统
3.1.1 成像系统
3.1.2 激光光束
3.1.3 激光测距发射和接收系统
3.2 探测与测距一体化系统建立方法
3.2.1 一体化系统的光学镜头
3.2.2 分光镜
3.2.3 系统电气处理平台
3.3 探测和测距一体化系统构建
3.4 小结
第4章 变焦镜头及一体化系统设计研究
4.1 系统分析
4.2 变焦镜头原理
4.2.1 变焦原理
4.2.2 机械补偿式变焦光学系统的变焦方程
4.2.3 变焦方程求解
4.3 变焦镜头设计
4.3.1 变焦结构的选择
4.3.2 技术要求与参数计算
4.3.3 变焦镜头自动设计
4.3.4 变焦系统的像质评价
4.4 变焦镜头凸轮设计
4.5 测距与探测一体化结构设计
4.6 小结
第5章 系统实例设计
5.1 一体化系统的实现
5.2 激光发射光学系统设计
5.3 测距系统的误差分析
5.3.1 时间测量模块晶振的影响
5.3.2 激光脉冲波形的影响
5.3.3 激光接收放大器的影响
5.4 三维模型建立
5.5 有限元热分析
5.6 小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径长焦距变焦光学系统设计[J]. 白虎冰,缪礼. 应用光学. 2018(05)
[2]成像激光雷达的无人机载技术探讨[J]. 曹秋生. 红外与激光工程. 2016(10)
[3]30mm～110mm大孔径红外变焦热像镜头设计[J]. 曾振煌,林峰. 应用光学. 2016(05)
[4]机载激光雷达测深技术与应用研究进展[J]. 秦海明,王成,习晓环,聂胜. 遥感技术与应用. 2016(04)
[5]国内外激光成像雷达系统发展的研究[J]. 杨兴雨,苏金善,王元庆,徐帆,邓正芳,张冰清. 激光杂志. 2016(01)
[6]主被动结合激光雷达系统设计与性能仿真[J]. 王磊,赵海宾,余继周,胡庆荣,鲁耀兵,张圆成. 红外与激光工程. 2015(S1)
[7]APD阵列激光成像雷达处理电路的研究进展[J]. 陈肖,周东. 激光与红外. 2015(09)
[8]国外军用大功率半导体激光器的发展现状[J]. 李明月,何君. 半导体技术. 2015(05)
[9]激光雷达应用技术研究进展[J]. 刘斌,张军,鲁敏,滕书华,马燕新,张文广. 激光与红外. 2015(02)
[10]20倍双组联动变焦距光学系统设计[J]. 李宏壮,张振铎. 光学学报. 2015(02)
博士论文
[1]激光雷达成像特征分析及应用研究[D]. 柴国贝.西安电子科技大学 2016
[2]脉冲激光雷达回波处理方法与系统研究[D]. 陈向成.中国科学技术大学 2015
[3]激光雷达数据采集系统框架研究[D]. 文斐.中国科学技术大学 2013
[4]大变倍比变焦距系统设计[D]. 蔡伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]高灵敏度激光脉冲探测技术研究[D]. 李鑫.电子科技大学 2017
[2]高精度脉冲激光测距关键技术研究[D]. 严培辉.长春理工大学 2017
[3]高精度脉冲激光测距系统的研究设计[D]. 蒋钱.南京信息工程大学 2015
[4]成像激光雷达距离像乘性噪声的分析和处理[D]. 郭昌鹤.哈尔滨工业大学 2014
[5]后向散射对激光雷达工作性能的影响[D]. 王一然.长春理工大学 2014
[6]激光测距关键技术研究及实现[D]. 贺梓超.电子科技大学 2014
[7]激光回波信号处理电路设计技术[D]. 马超.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[8]激光测距仪光学系统设计及数据处理方法研究[D]. 樊玉赢.天津理工大学 2013
[9]20倍数码变焦光学系统设计[D]. 张玉林.西安工业大学 2012
[10]基于CCD的超快光电探测方法研究[D]. 朱炳利.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2012
本文编号：3181621
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 国内外发展现状
1.3 论文主要内容和章节安排
第2章 探测和测距基本原理
2.1 光电探测的方式
2.2 光电探测器
2.2.1 图像探测器
2.2.2 点探测器
2.3 信噪比方程
2.4 激光测距的原理
2.4.1 激光测距方程
2.4.2 激光在大气中的透过率
2.4.3 作用距离
2.5 激光测距系统的误差分析
2.5.1 测距误差分析
2.5.2 减少误差提高精度的主要途径
2.6 激光测距数字化仿真
2.6.1 激光脉冲发射
2.6.2 激光回波
2.6.3 噪声生成仿真
2.6.4 数字滤波仿真
2.6.5 时刻鉴别方法
2.6.6 计算距离
2.6.7 激光测距数字化仿真结果
2.7 小结
第3章 探测与测距一体化方法研究
3.1 探测与测距系统
3.1.1 成像系统
3.1.2 激光光束
3.1.3 激光测距发射和接收系统
3.2 探测与测距一体化系统建立方法
3.2.1 一体化系统的光学镜头
3.2.2 分光镜
3.2.3 系统电气处理平台
3.3 探测和测距一体化系统构建
3.4 小结
第4章 变焦镜头及一体化系统设计研究
4.1 系统分析
4.2 变焦镜头原理
4.2.1 变焦原理
4.2.2 机械补偿式变焦光学系统的变焦方程
4.2.3 变焦方程求解
4.3 变焦镜头设计
4.3.1 变焦结构的选择
4.3.2 技术要求与参数计算
4.3.3 变焦镜头自动设计
4.3.4 变焦系统的像质评价
4.4 变焦镜头凸轮设计
4.5 测距与探测一体化结构设计
4.6 小结
第5章 系统实例设计
5.1 一体化系统的实现
5.2 激光发射光学系统设计
5.3 测距系统的误差分析
5.3.1 时间测量模块晶振的影响
5.3.2 激光脉冲波形的影响
5.3.3 激光接收放大器的影响
5.4 三维模型建立
5.5 有限元热分析
5.6 小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径长焦距变焦光学系统设计[J]. 白虎冰,缪礼. 应用光学. 2018(05)
[2]成像激光雷达的无人机载技术探讨[J]. 曹秋生. 红外与激光工程. 2016(10)
[3]30mm～110mm大孔径红外变焦热像镜头设计[J]. 曾振煌,林峰. 应用光学. 2016(05)
[4]机载激光雷达测深技术与应用研究进展[J]. 秦海明,王成,习晓环,聂胜. 遥感技术与应用. 2016(04)
[5]国内外激光成像雷达系统发展的研究[J]. 杨兴雨,苏金善,王元庆,徐帆,邓正芳,张冰清. 激光杂志. 2016(01)
[6]主被动结合激光雷达系统设计与性能仿真[J]. 王磊,赵海宾,余继周,胡庆荣,鲁耀兵,张圆成. 红外与激光工程. 2015(S1)
[7]APD阵列激光成像雷达处理电路的研究进展[J]. 陈肖,周东. 激光与红外. 2015(09)
[8]国外军用大功率半导体激光器的发展现状[J]. 李明月,何君. 半导体技术. 2015(05)
[9]激光雷达应用技术研究进展[J]. 刘斌,张军,鲁敏,滕书华,马燕新,张文广. 激光与红外. 2015(02)
[10]20倍双组联动变焦距光学系统设计[J]. 李宏壮,张振铎. 光学学报. 2015(02)
博士论文
[1]激光雷达成像特征分析及应用研究[D]. 柴国贝.西安电子科技大学 2016
[2]脉冲激光雷达回波处理方法与系统研究[D]. 陈向成.中国科学技术大学 2015
[3]激光雷达数据采集系统框架研究[D]. 文斐.中国科学技术大学 2013
[4]大变倍比变焦距系统设计[D]. 蔡伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]高灵敏度激光脉冲探测技术研究[D]. 李鑫.电子科技大学 2017
[2]高精度脉冲激光测距关键技术研究[D]. 严培辉.长春理工大学 2017
[3]高精度脉冲激光测距系统的研究设计[D]. 蒋钱.南京信息工程大学 2015
[4]成像激光雷达距离像乘性噪声的分析和处理[D]. 郭昌鹤.哈尔滨工业大学 2014
[5]后向散射对激光雷达工作性能的影响[D]. 王一然.长春理工大学 2014
[6]激光测距关键技术研究及实现[D]. 贺梓超.电子科技大学 2014
[7]激光回波信号处理电路设计技术[D]. 马超.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[8]激光测距仪光学系统设计及数据处理方法研究[D]. 樊玉赢.天津理工大学 2013
[9]20倍数码变焦光学系统设计[D]. 张玉林.西安工业大学 2012
[10]基于CCD的超快光电探测方法研究[D]. 朱炳利.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2012
本文编号：3181621
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