基于PID控制的Gm-APD激光雷达稳像实验研究
发布时间：2021-11-28 05:10
近年来,Gm-APD激光雷达广泛应用于各个高科技探测领域中,其成像系统平台在实际工作过程中往往受到各种噪声的干扰,从而出现激光雷达成像不稳定的情况。因此对于激光雷达成像系统的稳像研究是非常有必要的。本文基于PID控制算法针对激光雷达的稳像系统平台进行了研究:首先,介绍了Gm-APD激光雷达稳像理论,研究了激光雷达稳像系统平台的结构组成及其工作方式,研究了PID控制算法的原理以及PID算法的环节选择和参数调节方式,指出了稳像系统的设计指标,并介绍了常见的几种激光雷达图像清晰度评价方法。其次,对Gm-APD激光雷达稳像控制系统进行了模型搭建,对控制平台中电机、电机驱动器、传感器等关键器件进行了传递函数计算及优化,确定了速度和位置环的双闭环控制方式,分别运用了PI、PD、PID三种常用PID控制算法对系统速度环进行了算法仿真,运用了P控制器对系统位置环进行了算法仿真,并对仿真后的稳像系统加入了噪声干扰以进一步对比分析了三种控制算法的特点,同时针对稳像系统中陀螺仪输出的不稳定性,利用Allan方差法对陀螺仪噪声进行了分析,并利用卡尔曼滤波对陀螺仪的真实输出数据进行了噪声滤除,针对卡尔曼滤波算法...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gm-APD激光雷达对60m目标重构成像图
稳像控制的精度。1993 年，J.C. Tucker 等人针对激光图像稳定技术指出，使用镜子或棱镜视线转向的方法对移动平台上的激光和其他光源进行稳定成像，具有有限的转向范围，需要的技术制造成本较高，而利用传感器捷联技术将稳像控制纳入软件控制中，将有效的解决其光学稳像中转向范围受限和成本高昂的问题[18]。2002 年，Dan Chen 和 Dale E. Seborg 等人针对控制系统中 PID 控制算法中的 PI 和 PID 算法，通过对工程实际中多种控制模型的仿真，对比分析了 PI 和PID 两种算法针对不同控制环境下的控制效果，研究结果表明，PI 控制算法的精度能够满足大多数工程实际中的要求，PID 控制算法较 PI 控制算法相比精度更高，但其参数的调节难度也较高[19]。2010 年，Zong Yan-tao 等人针对车载光电稳像平台系统的稳像精度问题，采用了 PID 控制+卡尔曼滤波的方法，在频率为 1.25Hz，角速度为 1 rad/s 的干扰作用下，得到的稳像平台控制精度在 0.004rad/s 左右，其研究结果如图 1-2 所示[20]：
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Changsong Qi 和 Hongjun Pan 等人针对两轴稳定用了陀螺仪和倾斜仪传感器联合测量姿态的方式，螺仪的数据漂移，研究结果表明，稳定平台能在 出校正调整[21]。Willer GDS 和 Rocco EM 等人利用卡尔曼滤波器态进行估计，将估计成果与不使用卡尔曼滤波器的了卡尔曼滤波器的效果良好，能够有效减少传感器 1-3 所示[22]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机光轴稳定平台复合稳定控制方法研究[J]. 何海燕,张凤,林喆. 战术导弹技术. 2018(03)
[2]基于MEMS陀螺仪及压电微摆镜的光机电联合稳像技术[J]. 雷琼莹,金伟其,郭宏,米凤文,张旭,胡亮亮. 红外技术. 2018(04)
[3]结合图像二次模糊范围和奇异值分解的无参考模糊图像质量评价[J]. 王冠军,吴志勇,云海姣,梁敏华,杨华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(04)
[4]InGaAs单光子探测器传感检测与淬灭方式[J]. 郑丽霞,吴金,张秀川,涂君虹,孙伟锋,高新江. 物理学报. 2014(10)
[5]基于卡尔曼滤波的MEMS陀螺仪漂移补偿[J]. 陈晨,赵文宏,徐慧鑫,周芬芬,安平. 机电工程. 2013(03)
[6]一种快速高灵敏度聚焦评价函数[J]. 李郁峰,陈念年,张佳成. 计算机应用研究. 2010(04)
[7]基于Elman网络的稳像平台速度环设计[J]. 林永升,罗海波,王洪福,林琳. 光电工程. 2008(05)
[8]红外凝视成像导引头随动系统误差分析[J]. 张盈华,万中南. 红外与激光工程. 2006(01)
[9]一种新的图像清晰度评价函数[J]. 朱孔凤,姜威,王端芳,张进,周贤. 红外与激光工程. 2005(04)
博士论文
[1]Gm-APD脉冲累积激光雷达探测性能提高的研究[D]. 徐璐.哈尔滨工业大学 2017
[2]机载光电平台伺服系统稳定与跟踪控制技术的研究[D]. 谢瑞宏.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[3]光纤陀螺环境误差机理与抑制方法研究[D]. 郜中星.哈尔滨工程大学 2017
硕士论文
[1]隧道巡检机器人的稳像平台控制系统研究[D]. 牟璇.长安大学 2017
[2]低成本MEMS陀螺仪随机漂移误差的建模及修正[D]. 熊必凤.西南大学 2017
[3]基于FPGA+DSP的视频目标跟踪系统设计与实现[D]. 柯杰.哈尔滨工程大学 2017
[4]目标识别及跟踪控制系统的设计与实现[D]. 苏沛东.哈尔滨工程大学 2016
[5]MEMS陀螺仪随机漂移误差补偿技术的研究[D]. 霍元正.东南大学 2015
[6]高精度MEMS陀螺仪的滤波算法研究[D]. 段栋栋.电子科技大学 2014
[7]激光阵列接收信号采集与处理研究[D]. 龚驰邈.北京理工大学 2014
[8]机载光电平台控制系统研究[D]. 李涛.哈尔滨工业大学 2008
[9]舰载稳定平台高精度伺服控制系统的设计研究[D]. 徐世东.哈尔滨工程大学 2008
[10]光电吊舱陀螺稳像系统的计算机控制研究[D]. 郭飞.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3523771
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gm-APD激光雷达对60m目标重构成像图
稳像控制的精度。1993 年，J.C. Tucker 等人针对激光图像稳定技术指出，使用镜子或棱镜视线转向的方法对移动平台上的激光和其他光源进行稳定成像，具有有限的转向范围，需要的技术制造成本较高，而利用传感器捷联技术将稳像控制纳入软件控制中，将有效的解决其光学稳像中转向范围受限和成本高昂的问题[18]。2002 年，Dan Chen 和 Dale E. Seborg 等人针对控制系统中 PID 控制算法中的 PI 和 PID 算法，通过对工程实际中多种控制模型的仿真，对比分析了 PI 和PID 两种算法针对不同控制环境下的控制效果，研究结果表明，PI 控制算法的精度能够满足大多数工程实际中的要求，PID 控制算法较 PI 控制算法相比精度更高，但其参数的调节难度也较高[19]。2010 年，Zong Yan-tao 等人针对车载光电稳像平台系统的稳像精度问题，采用了 PID 控制+卡尔曼滤波的方法，在频率为 1.25Hz，角速度为 1 rad/s 的干扰作用下，得到的稳像平台控制精度在 0.004rad/s 左右，其研究结果如图 1-2 所示[20]：
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Changsong Qi 和 Hongjun Pan 等人针对两轴稳定用了陀螺仪和倾斜仪传感器联合测量姿态的方式，螺仪的数据漂移，研究结果表明，稳定平台能在 出校正调整[21]。Willer GDS 和 Rocco EM 等人利用卡尔曼滤波器态进行估计，将估计成果与不使用卡尔曼滤波器的了卡尔曼滤波器的效果良好，能够有效减少传感器 1-3 所示[22]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人机光轴稳定平台复合稳定控制方法研究[J]. 何海燕,张凤,林喆. 战术导弹技术. 2018(03)
[2]基于MEMS陀螺仪及压电微摆镜的光机电联合稳像技术[J]. 雷琼莹,金伟其,郭宏,米凤文,张旭,胡亮亮. 红外技术. 2018(04)
[3]结合图像二次模糊范围和奇异值分解的无参考模糊图像质量评价[J]. 王冠军,吴志勇,云海姣,梁敏华,杨华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(04)
[4]InGaAs单光子探测器传感检测与淬灭方式[J]. 郑丽霞,吴金,张秀川,涂君虹,孙伟锋,高新江. 物理学报. 2014(10)
[5]基于卡尔曼滤波的MEMS陀螺仪漂移补偿[J]. 陈晨,赵文宏,徐慧鑫,周芬芬,安平. 机电工程. 2013(03)
[6]一种快速高灵敏度聚焦评价函数[J]. 李郁峰,陈念年,张佳成. 计算机应用研究. 2010(04)
[7]基于Elman网络的稳像平台速度环设计[J]. 林永升,罗海波,王洪福,林琳. 光电工程. 2008(05)
[8]红外凝视成像导引头随动系统误差分析[J]. 张盈华,万中南. 红外与激光工程. 2006(01)
[9]一种新的图像清晰度评价函数[J]. 朱孔凤,姜威,王端芳,张进,周贤. 红外与激光工程. 2005(04)
博士论文
[1]Gm-APD脉冲累积激光雷达探测性能提高的研究[D]. 徐璐.哈尔滨工业大学 2017
[2]机载光电平台伺服系统稳定与跟踪控制技术的研究[D]. 谢瑞宏.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[3]光纤陀螺环境误差机理与抑制方法研究[D]. 郜中星.哈尔滨工程大学 2017
硕士论文
[1]隧道巡检机器人的稳像平台控制系统研究[D]. 牟璇.长安大学 2017
[2]低成本MEMS陀螺仪随机漂移误差的建模及修正[D]. 熊必凤.西南大学 2017
[3]基于FPGA+DSP的视频目标跟踪系统设计与实现[D]. 柯杰.哈尔滨工程大学 2017
[4]目标识别及跟踪控制系统的设计与实现[D]. 苏沛东.哈尔滨工程大学 2016
[5]MEMS陀螺仪随机漂移误差补偿技术的研究[D]. 霍元正.东南大学 2015
[6]高精度MEMS陀螺仪的滤波算法研究[D]. 段栋栋.电子科技大学 2014
[7]激光阵列接收信号采集与处理研究[D]. 龚驰邈.北京理工大学 2014
[8]机载光电平台控制系统研究[D]. 李涛.哈尔滨工业大学 2008
[9]舰载稳定平台高精度伺服控制系统的设计研究[D]. 徐世东.哈尔滨工程大学 2008
[10]光电吊舱陀螺稳像系统的计算机控制研究[D]. 郭飞.哈尔滨工程大学 2008
本文编号：3523771
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