无扫描三维成像激光雷达原理分析与成像仿真

介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构及成像原理.无扫描三维激光雷达是一种不需要扫描机构的三维成像系统,由信号调制、信号发射、微通道板调制、信号积分接收等模块组成.发射的激光信号经过正弦调制,利用回波信号与本地振荡器的相位差计算得出目标上各点距离,这种测距方法称为面阵相位法.与传统的扫描式激光雷达相比,无扫描三维成像激光雷达具有结构简单、成像速度快、可靠性高等优点,同时对激光脉冲频率的要求很低,因此在武器的末制导、车辆的主动防撞、机器人视觉等方面有着广阔的应用前景.本文介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构以及面阵相位测距法的基本原理,并在Matlab环境下针对点目标、面阵目标对成像算法进行了仿真.验证了面阵相位法的测距原理及无扫描三维成像激光雷达的成像原理,并分析了可能存在的信号功率误差和CCD读数时的末位不稳定对成像精度的影响,为无扫描三维成像激光雷达的设备研制提供了有益的参考.     

基于三维扫描振镜系统音圈电机的离散滑模控制

近 20 a 来,激光扫描技术被广泛应用于工业加工领域,三维扫描振镜作为一种更高效的激光加工仪器,其核心部件和关键技术主要依靠国外进口。 针对国内对三维扫描振镜系统研究较少,且在传统控制方法下,振镜电机普遍存在阶跃响应慢和控制精度低等问题,设计了一种基于新型趋近律与干扰补偿器相结合的离散滑模控制器,该控制方法有效补偿了外部的干扰,具有强鲁棒性。 首先,建立基于三维扫描振镜系统的音圈电机线性动力学模型,并对该模型离散化,构建其离散状态空间方程;其次,依据滑模变结构控制理论设计离散系统控制器;最后,通过 Simulink 搭建控制系统的仿真模型,仿真结果表明:1%和 10%的全行程阶跃响应时间分别为 2. 1 ms 和 2. 4 ms,10%全行程正弦信号位置跟踪的定位精度在 3×10-4 mm 以内,实现了对指令信号的完全跟踪,达到了工程应用要求,为高速三维扫描振镜系统的控制研究提供了新的思路。     

基于Elman神经网络的振镜扫描系统误差校正技术研究

为了消除激光快速成型机中振镜扫描系统的非线性扫描误差，以提高系统的扫描精度，提出了运用神经网络校正激光振镜扫描系统误差的方法．通过对BP神经网络、径向基神经网络和Elman神经网络3种不同网络的对比分析，运用Elman神经网络训练有限个标定坐标点的误差补偿值，构造全视场误差补偿曲面，然后对视场坐标进行校正补偿．通过实例分析，测试件在z、y方向的尺寸均方根误差由原来的0．2296mm、0．2107mm分别减小到0．0232mm和0．0265mm．实验结果表明，采用Elman神经网络构造振镜扫描系统误差补偿曲面，对振镜扫描系统进行动态误差校正，可以显著提高快速成型机的扫描精度．     

基于调频测相的激光引信测距方法研究

为提高激光引信测距精度和实时性并降低系统实现难度,提出了一种基于调频测相的激光测距方法,该方法采用正弦调频+相位测距的方式实现测距. 重点分析了调频测相激光测距原理,指出了影响测距精度的主要因素. 提出采用基于Hilbert变换的相位差测量方法可提高测相精度,并进行了相关的仿真验证. 仿真结果表明,在信噪比为14 dB的情况下测距精度优于0.1 m,且有较强的测距实时性,此方法可用于激光近炸引信.     

基于激光通信链路的星间时间同步技术

时间同步技术对于导航、定位、授时都有重要作用,是空间应用领域的热门方向.激光通信技术具有通信容量大、保密性和抗干扰性强等优点,因此受到越来越广泛的应用.本文提出了基于激光通信链路的时间同步技术,通过数据帧头实现粗测距,通过接收时钟相位实现精测距.通过理论分析,获得了基于激光通信链路的时间同步精度的理论极限,并进行模拟仿真计算.在双向单程测距条件下,1 Gbps通信速率时可以获得毫米级的测量精度和皮秒级的时间同步精度.采用BPSK相干通信体制,在实验室进行了基于激光通信链路的时间同步试验,结果符合理论预期.     

激光跟踪坐标测量系统的双线法基点自标定

激光跟踪三维坐标测量是一种新型的大范围坐标测量方法.在实际测量中,系统首先要经过标定,确定系统参数,然后才可以进行测量.因此,系统参数自标定的精度直接影响测量的精度.为了分析误差起因,提高标定精度.提出了一种新型的标定方法,用激光干涉仪双直线法来标定测量系统的基点坐标,通过仿真和实验,证明该标定方法可提高激光跟踪系统基点坐标的标定精度.     

一种大角度范围的高精度超声波测距处理方法

针对移动机器人超声定位中超声收发传感器角度偏向造成的测距精度下降,本文提出了一种基于归一化波形参数特征修正的超声测距系统.传统的增益控制、可变阈值等抗起伏措施对抑制传播过程中的幅度起伏造成的测距误差效果较好,但如果传感器角度偏向使波形发生畸变,此类方法仍将造成较大误差.本文通过对传感器角度偏向造成接收信号波形畸变及测距精度下降的理论分析及实验研究,建立了超声接收信号归一化波形特征脉宽与前沿变化的关系,设计了基于单片机实现误差校正的大偏向角高精度超声波测距系统.测距实验结果表明本系统显著减小了传感器角度偏向引起的测距误差,在不同的距离上使测距精度平均提高了1.6%,同时具有成本低、使用简单、方便的特点.     

自然地表测距残差对激光测高系统的在轨检校

针对星载激光测高系统,提出一种基于自然地物表面测距残差分析的星载激光测高仪系统误差的在轨检校方法,该方法在已知地表先验模型的前提下推导出测距模型,根据推导的测距模型利用测距残差分析,对激光指向角误差及测距误差进行检校.相较于海洋扫描的测距残差分析方法,该方法利用了残差分析进行检校,但检校场不再局限于平静的海面,且避免了姿态机动;相较于自然地物表面的检校方法,利用了自然地物表面作为检校场,建立的误差模型更直观地反映出激光指向角对测距值的影响.仿真结果表明:该方法能较好地对激光指向角误差及测距误差进行检校,使假定系统误差值与系统误差检校值的偏差值优于12%.     

基于伪码测距的弹射试验测试系统

提出了一套基于伪码测距的弹射试验测试系统设计方案.将GPS定位和精密授时与伪码测距相结合用于弹射试验的测试,在保证测试精度前提下,提高了数据更新率,适应了弹射试验高动态测试的要求.机载测站与地面多个基站构成测试数据链路,采用伪码测距获取原始数据,测试系统的时标和空间参考坐标由基站的GPS模块进行自动标定.事后解算处理获得定位数据.测距定位的精度受测试系统几何布局的影响,详细分析了在伪码测距误差既定的情况下,测试基站的布局对测试定位精度的影响,对测场范围内的测量误差分布进行了仿真计算,并根据误差分布给出了合理的测试基站布局.     

结合卡尔曼滤波和离散滑模的振镜位置跟踪研究

为解决外部扰动和噪声对振镜系统位置跟踪的影响,该文提出了一种结合卡尔曼滤波和离散滑模控制的振镜位置跟踪方法.首先,围绕振镜系统驱动电机的离散数学模型,构建卡尔曼滤波器来估计振镜系统真实的运动变化,降低外部扰动和噪声对系统的影响; 其次,结合离散滑模控制对跟踪误差进行修正,使振镜系统位置量和速度量快速稳定,进一步提升系统的抗干扰能力和位置跟踪能力; 最后,针对瞬时和连续性2种类型的外部扰动设计了对比仿真实验和振镜系统平台的验证实验.实验结果表明:在这2种不同类型的外部扰动下,该控制方法都能够使振镜的扫描反射镜快速、准确地跟踪给定期望值,且有效抑制离散滑模控制的抖振问题.