二维线扫描光电测量光学系统的改进设计
发布时间：2021-06-16 23:40
针对空中目标位姿测量的需求,在实验室已有工作基础上进行优化,设计了一种基于二维线扫描的光电测量光学系统,包括激光发射模组和接收模组。激光发射模组建立了一个二维线激光扫描光场,空中目标通过携带接收模组获取扫描信号即可解算自身相对发射模组的位姿信息。根据设计指标进行分析并加以优化,最终确定了两代发射模组和接收模组的设计方案,具体工作如下:1.根据课题设计要求提出解决方案,完成激光发射模组设计与仿真。激光发射模组由两路结构相同、正交放置的单轴扫描子系统构成。仿真结果显示,发射模组构建了稳定的±20°/±30°的方形扫描光场,适用于空中目标位姿测量系统;准直发散角达到衍射极限0.02°,线激光的均匀性高于90%、能量利用率大于85%、TV畸变小于0.5%。2.建立变焦投影模组配合激光发射模组进行位姿测量,完成相应设计与仿真。根据半导体激光器特性和系统整体尺寸限制,利用入射端为柱面镜的异径匀光管对椭圆激光整形,在其出射端面形成均匀光斑;再经过变焦投影模块,获得发散角从±2°到±20°光斑均匀性良好的方形光场;在LightTools中对设计结果仿真,光斑大小及均匀性不随距离改变而改变,均匀性和能量...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２歼－１５降落在“辽宁舰甲板上??＂
提高测量精度。随着星载时钟精度的提高，ＧＰＳ系统定位精度在良好的观测条件??下静态定位精度已经达到毫米级＾?￣ＧＰＳ类似，利用卫星定位的还包括俄罗斯的??全球卫星定位系统、欧洲伽利略卫星导航系统以及如图１－６所示中国自主研制的??中国：北斗卫星导航系统（ＢｅｉＤｏｕ?Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ?Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?％ｓｔｅｍ，ＢＤＳ）［１９］。卫星类导航??系统可以全天候工作，不受天气影响；覆盖率高，ＧＰＳ系统可以覆盖全球９８％的??Ｋ域；定位精度很高，而且快速省时。但是其定位方式完全依赖卫星，易受遮挡??或屏蔽，战时容易被针对。??３??
??图１?－５?Ｘ－４７Ｂ无人机＿主着舰??ＧＰＳ根据陀螺的输出数据建立导航坐标系，由加速度或陀螺的角速度解算出载体??在导航坐标系中的位姿信息，可以全天候的工作在空中、地表或者水下等，是目??前技术最成熟，隐蔽性最好的导航系统［１４＿１５］。但是其解算的导航参数通过积分获??得，误差随着时间推移会逐渐累积，长期工作精度较差；对惯性元件要求很高，??成本昂贵［１６１；??无线电导航系统（Ｒａｔｉｏ?Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ?Ｓ／ｓｔｅｍ，?ＲＮＳ）利用无线电对飞行器或其他运??动载体进行导航和定位，基本要素为测角和测距模块，可组成多种形式的系统１１７１。??无线电导航系统测量精度高，稳定可靠且成本较低，但是抗千扰能力较差，容易??受到环境影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗卫星全球激光测距观测及数据应用[J]. 张忠萍,程志恩,张海峰,赵罡,邓华荣,吴志波. 中国激光. 2017(04)
[2]无人机视觉着陆位姿参数估计方法[J]. 张小正,周鑫,陈丽娟,袁锁中. 电光与控制. 2017(05)
[3]近海面大气湍流中准直高斯光束光斑扩展实验[J]. 王红星,宋博,吴晓军,陈典将. 中国激光. 2016(03)
[4]BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点[J]. 任晓东,张柯柯,李星星,张小红. 测绘学报. 2015(12)
[5]基于紫外成像引导技术的无人机自主着舰研究[J]. 丁宸聪. 光电技术应用. 2015(05)
[6]激光变倍准直扩束系统设计[J]. 王培芳,向阳,高健,王继凯. 光学学报. 2015(09)
[7]惯导/双目视觉位姿估计算法研究[J]. 于永军,徐锦法,张梁,熊智. 仪器仪表学报. 2014(10)
[8]无人机自主空中加油技术现状及发展趋势[J]. 钟德星,李永强,李严桵. 航空科学技术. 2014(05)
[9]末组补偿变焦镜头设计[J]. 张振洲,张庭成,宗肖颖,廖志波. 激光与光电子学进展. 2013(12)
[10]高斯光束均束器光学系统设计[J]. 李玉瑶,王菲,车英. 光电工程. 2013(07)
博士论文
[1]基于机载视觉的无人机自主着舰引导关键技术研究[D]. 桂阳.国防科学技术大学 2013
[2]高斯光束整形技术研究[D]. 高瑀含.长春理工大学 2012
硕士论文
[1]基于视觉信息引导的舰载无人机精确着舰技术研究[D]. 吴赛飞.南京航空航天大学 2016
[2]基于视觉的四旋翼飞行器自主着陆和位姿估计[D]. 张晓龙.南京航空航天大学 2014
[3]20倍变焦镜头结构设计[D]. 侯振岩.长春理工大学 2013
[4]基于万花筒的半导体激光光束匀化技术研究[D]. 熊岩.华中科技大学 2012
[5]高速数控非球面加工技术研究[D]. 杨清全.厦门大学 2009
[6]舰载机惯导对准技术研究[D]. 王勇军.西北工业大学 2007
[7]半导体激光测距接收系统研究[D]. 吕晓玲.长春理工大学 2006
[8]高斯光束圆孔衍射理论在准直系统优化设计中的应用研究[D]. 何俊.电子科技大学 2005
本文编号：3234009
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２歼－１５降落在“辽宁舰甲板上??＂
提高测量精度。随着星载时钟精度的提高，ＧＰＳ系统定位精度在良好的观测条件??下静态定位精度已经达到毫米级＾?￣ＧＰＳ类似，利用卫星定位的还包括俄罗斯的??全球卫星定位系统、欧洲伽利略卫星导航系统以及如图１－６所示中国自主研制的??中国：北斗卫星导航系统（ＢｅｉＤｏｕ?Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ?Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ?％ｓｔｅｍ，ＢＤＳ）［１９］。卫星类导航??系统可以全天候工作，不受天气影响；覆盖率高，ＧＰＳ系统可以覆盖全球９８％的??Ｋ域；定位精度很高，而且快速省时。但是其定位方式完全依赖卫星，易受遮挡??或屏蔽，战时容易被针对。??３??
??图１?－５?Ｘ－４７Ｂ无人机＿主着舰??ＧＰＳ根据陀螺的输出数据建立导航坐标系，由加速度或陀螺的角速度解算出载体??在导航坐标系中的位姿信息，可以全天候的工作在空中、地表或者水下等，是目??前技术最成熟，隐蔽性最好的导航系统［１４＿１５］。但是其解算的导航参数通过积分获??得，误差随着时间推移会逐渐累积，长期工作精度较差；对惯性元件要求很高，??成本昂贵［１６１；??无线电导航系统（Ｒａｔｉｏ?Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ?Ｓ／ｓｔｅｍ，?ＲＮＳ）利用无线电对飞行器或其他运??动载体进行导航和定位，基本要素为测角和测距模块，可组成多种形式的系统１１７１。??无线电导航系统测量精度高，稳定可靠且成本较低，但是抗千扰能力较差，容易??受到环境影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗卫星全球激光测距观测及数据应用[J]. 张忠萍,程志恩,张海峰,赵罡,邓华荣,吴志波. 中国激光. 2017(04)
[2]无人机视觉着陆位姿参数估计方法[J]. 张小正,周鑫,陈丽娟,袁锁中. 电光与控制. 2017(05)
[3]近海面大气湍流中准直高斯光束光斑扩展实验[J]. 王红星,宋博,吴晓军,陈典将. 中国激光. 2016(03)
[4]BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点[J]. 任晓东,张柯柯,李星星,张小红. 测绘学报. 2015(12)
[5]基于紫外成像引导技术的无人机自主着舰研究[J]. 丁宸聪. 光电技术应用. 2015(05)
[6]激光变倍准直扩束系统设计[J]. 王培芳,向阳,高健,王继凯. 光学学报. 2015(09)
[7]惯导/双目视觉位姿估计算法研究[J]. 于永军,徐锦法,张梁,熊智. 仪器仪表学报. 2014(10)
[8]无人机自主空中加油技术现状及发展趋势[J]. 钟德星,李永强,李严桵. 航空科学技术. 2014(05)
[9]末组补偿变焦镜头设计[J]. 张振洲,张庭成,宗肖颖,廖志波. 激光与光电子学进展. 2013(12)
[10]高斯光束均束器光学系统设计[J]. 李玉瑶,王菲,车英. 光电工程. 2013(07)
博士论文
[1]基于机载视觉的无人机自主着舰引导关键技术研究[D]. 桂阳.国防科学技术大学 2013
[2]高斯光束整形技术研究[D]. 高瑀含.长春理工大学 2012
硕士论文
[1]基于视觉信息引导的舰载无人机精确着舰技术研究[D]. 吴赛飞.南京航空航天大学 2016
[2]基于视觉的四旋翼飞行器自主着陆和位姿估计[D]. 张晓龙.南京航空航天大学 2014
[3]20倍变焦镜头结构设计[D]. 侯振岩.长春理工大学 2013
[4]基于万花筒的半导体激光光束匀化技术研究[D]. 熊岩.华中科技大学 2012
[5]高速数控非球面加工技术研究[D]. 杨清全.厦门大学 2009
[6]舰载机惯导对准技术研究[D]. 王勇军.西北工业大学 2007
[7]半导体激光测距接收系统研究[D]. 吕晓玲.长春理工大学 2006
[8]高斯光束圆孔衍射理论在准直系统优化设计中的应用研究[D]. 何俊.电子科技大学 2005
本文编号：3234009
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