小面阵三维成像激光雷达原理样机

发布时间：2019-08-17 14:29

【摘要】：激光三维成像雷达作为近年来高速发展的新型遥感技术,国内研究单位的热点多集中于点源和线列探测的民用测绘领域,由于受到阵列探测器的渠道制约,面阵探测器的研究未受到重视。本系统试以基于小面阵探测器的高帧频、宽收容的激光三维主动成像雷达为探索目标,研究了实现高帧频、宽收容所涉及的关键技术,完成原理样机系统的搭建。同时,对MEMS摆镜在小型化激光三维成像雷达系统中的应用进行了研究。本文主要围绕小面阵三维成像激光雷达样机的设计要求,提出了用激光分束照明以实现发射光束与探测器像元的配准,同时采用了收发共口径的光学系统,有利于系统的小型化集成。对于小面阵探测器的高精度激光测距技术,详细分析了激光测距的误差组成,研究了对面阵探测器的温度补偿技术、低噪声回波放大技术、恒比定时技术等,分别基于单元探测器和面阵探测器设计了高精度的测距实验,并对实验结果进行了分析。本文的主要研究成果和创新点归纳如下:(1)利用达曼光栅实现了发射激光束的分束照明,配合收发共口径的光学系统,实现了APD阵列像元和激光探测光斑的配准关系,缩小了光学头部的体积。(2)通过研究低噪声放大技术、自动温度补偿技术、恒比定时技术和峰值保持电路等,解决了小面阵探测器的并行高速处理技术,实现了小面阵探测器的厘米级高精度的测距结果。(3)在国内小面阵APD探测器三维成像工程应用领域,做出了有益的探索,在单束发射脉冲无扫描的原理样机试验中,得到了探测目标的面阵成像数据,取得了理想的结果。(4)对MEMS摆镜应用于小型化激光成像雷达的方案做出了分析,提出了配合二次光学扩束系统的收发共轴光学系统。
【图文】：

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第一章绪论器实现了高精度大视场的扫描结果。其所使用的 1550nm波段的激光器能量不易为人眼视网膜吸收，具有一定的安全性，所以被称为“人眼安全”激光器。小型化(16cm×14cm×5cm)和低功耗(18w)是该项目的一大特点，另辅之以 GPS 系统和无线网络通信功能，此成果已经在美国陆军Packbot系列机器人上得到应用[9]表 1-2 为该项目的系统指标参数，图 1 展示了在室内伪彩色三维成像效果，表 1-为 ARL研发的三维成像激光雷达的系统指标。

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图 1-2 a.KIDAR-B25 激光雷达机械扫描结构 b.精细扫描成像效果图1.3 基于面阵探测器的激光雷达成像系统1.3.1 GEN 系列激光雷达成像系统美国 MIT 的林肯实验室（Lincoln Lab）作为基于盖革模式 GM（Geiger Mode）的 APD 阵列激光三维成像雷达的先驱，从 20 世纪 90 年代以来，一直致力于小型化低功耗的激光三维成像系统的研发和改进。随着被动调 Q 泵浦二极管激光器和具有片上计时电路的 GM-APD 阵列的研发成功，2002 年林肯实验室推出了第一代车载激光三维成像系统 Gen-Ⅰ(Brassboard)。Gen-Ⅰ系统的系统参数为:采用 532nm 波长脉冲激光器，脉冲重频为 1kHz，单脉冲能量为 30 ，，利用 4×4阵列 GM-APD探测器和激光飞行时间测量法（TOF）
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN958.98

【引证文献】