非激光光源的3D成像光雷达系统的研究

发布时间：2019-08-24 09:25

【摘要】：随着成像雷达的不断发展,越来越多的成果被广泛的应用于军事探测、汽车防撞、探测测量等诸多领域。这些技术主要分为扫描和无扫描两种方式。扫描方式作用距离远,然而其扫描设备复杂且帧率不高。而无扫描的方式结构相对简单且成像速度快。在无扫描成像雷达领域里,比较有代表性的技术有门控切片技术和增益调制技术。门控切片技术是根据目标远近的不同来选通探测器件的开通和关断,获取一系列不同距离处目标的二维强度像,有效地避免了背景光对结果的影响;增益调制技术是利用激光脉冲的飞行时间不同而调制增益的变化从而来解算出待测目标的距离最终恢复出距离像。两者在不同的领域都得到了应用,但是上述两种成像技术都需要借助增强型电荷耦合器件,来探测图像信息并实现增益,这类器件不仅价格昂贵,而且体积较大,这些因素都限制了应用领域的长足发展。为此,本文提出了一种用普通的电荷耦合器件来取代增强型电荷耦合器件的3D成像雷达方案。基于此方案,本文研究采用一种非激光光源的成像雷达系统来验证方案的合理性。它是利用带有电子快门可控的传感器器件,控制电子快门的开通与关断的时间,来调节传感器曝光时间,实现可调节增益从而代替增强型电荷耦合器件实现3D成像。这套光成像雷达系统,采用高功率发光二极管作为发射光源,电荷耦合器件为采集图像信息单元,通过两次成像得到待测目标的强度像,将采集到的两次图像信息分别通过A/D模块,将模拟信号数字化,然后通过USB传输模块将图像信息传输到上位机并且保存下来,最终将数据进行理论计算恢复出待测目标的距离像。系统中采用Altera公司的FPGA芯片EP2C5Q208作为同步控制的核心来实现对LED光源脉冲信号、CCD驱动信号、A/D驱动信号、以及USB设备传输信号的控制。其中USB设备使用Cypress公司芯片来完成对固件程序的实现以及PC端的控制上位机的实现。
【图文】：

示意图,示意图,成像雷达,半导体激光二极管泵浦

还可以提供合适的增益，来发挥与 ICCD 相当的作用。这在距离选通技术中的增益调制技术有所类似，都是需要终确定待测目标的 3D 信息，但是又有所区别，，这里避，能够将整个系统的成本降下来，同时使整个系统的小这也使得 3D 成像雷达能够在更加广泛的领域得到推广。雷达领域的研究进展成像雷达领域的演进历程来看，经历了从扫描方式到无扫描方式的 3D 成像雷达技术较为成熟完备。美国空军研究达的研究为背景，研制了低成本自主攻击系统（Low Cosm, LOCAAS）[28]，来获取待测目标的 3D 信息，从而实该系统使用半导体激光二极管泵浦波长为 1.06um 的固体自主识别目标、自主攻击目标、选择瞄准点等一系列实验ASS 系统的最远探测距离为 10km，距离精度误差低至 0 系统示意图。

成像,成像雷达,美国陆军

电子科技大学硕士学位论文oitering Attack Missile, LAM）。LAM 在 LOCASS 系统的基础上，又改进标识别算法，将改进的系统装载于导弹头部，能够对 500m 至 600m 范续扫描，距离分辨率可达 0.15m[30]。无扫描激光成像雷达不仅借助其特殊的结构优势取代了复杂的扫描的装了系统的整体稳定性，而且利用激光的特性使得成像雷达可以达到较高辨率，角分辨率，使测量的精度得到明显提高。在无扫描成像激光雷达外学者提出了多种实现的技术方式：基于线性连续调频波的探测方式、切片的成像方式、以及基于增益调制技术的成像方式。美国陆军实验室提出了基于线性调频连续波(FM-CW)探测的成像雷达方方案的基础上，美国陆军实验室 2005 年成功研制出了一套无扫描方式像雷达。这套系统以 1.55μm 的光纤激光器作为光源，工作帧频为 500输出功率为 10W，对目标的作用距离范围为 300m 至 1000m。如图 1-2成像结果。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN958

【参考文献】