基于MEMS微镜扫描的三维激光雷达样机系统设计

发布时间：2021-01-30 06:44

　　近年来随着室内机器人、无人驾驶的兴起,定位于消费级市场的激光雷达产品已经凸显出广阔的应用前景。目前,消费级三维激光雷达的主流技术路线为机械式三维激光雷达,该技术已经非常成熟。但是这种类型的三维激光雷达系统光机结构十分复杂,装配难度极大,难以实现大规模量产。此外,为了获得更高密度激光点云往往要增加激光脉冲二极管和APD探测器的数量,而这会引起核心IC芯片数量的提升,导致整体成本居高不下。本文主要围绕低成本、小型化三维激光雷达系统的设计要求,提出一种基于二维MEMS微镜扫描的激光雷达样机设计方案。首先在激光发射端完成了脉冲激光二极管的选型及其驱动电路设计,并在光学设计上采用光纤耦合再准直的方案并进行光学仿真论证,对激光束进行整形,使其发散角以及光斑大小均满足设计指标。然后在激光接收端对跨阻放大电路、电压放大电路以及电压比较器电路进行了电路仿真并验证,实现了对目标反射回来的激光发射端激光脉冲序列信息的有效接收。最后在MEMS微镜扫描端选择工作模式为二维准静态扫描的MEMS微镜,并对微镜反射扫描特性进行了相关理论分析以及仿真,让激光脉冲序列发射与MEMS微镜二维准静态扫描同步,实现了MEMS三... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 背景介绍
    1.2 三维激光雷达国内外发展状况
    1.3 本文的主要研究内容和创新点
2 MEMS微镜控制
    2.1 MEMS微镜发展现状
    2.2 物理模型介绍
    2.3 MEMS微镜的开环控制方法
    2.4 新型滑膜控制算法设计
    2.5 算法仿真验证
    2.6 本章小结
3 脉冲编码相关测距技术
    3.1 测距方法介绍
    3.2 脉冲编码相关算法
    3.3 本章小结
4 激光雷达理论以及系统整体设计
    4.1 大气中的激光传输特性
    4.2 目标的反射特性
    4.3 激光雷达距离方程
    4.4 MEMS三维激光雷达样机系统总体设计
5 系统硬件设计
    5.1 激光发射端设计
    5.2 接收端模块设计
    5.3 MEMS微镜模块设计
    5.4 本章小结
6 系统软件设计
    6.1 FPGA控制程序设计
    6.2 上位机程序设计
    6.3 本章小结
7 系统测试及结果
    7.1 距离标定测试
    7.2 编码干扰测试
    7.3 成像测试
    7.4 本章小结
8 总结与展望
    8.1 研究工作总结
    8.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
附录2 攻读博士学位期间发表专利目录



本文编号：3008454