测角相位式激光雷达若干关键技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 蒲磊 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2015-04 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘恩海 ; 钟建勇 |
| 关键词 | 相位法激光测距 四象限测角 双频调制 FFT 鉴相算法 |
| 学位专业 | 信号与信息处理 |
| 中文摘要 | 相比干涉法测距和频率调制连续波测距法，相位法测量距离远；相比脉冲法， 测距精度高。四象限探测器能够实现距离和相对位置的测量，具有体积小、质量 轻、探测分辨高等特点，特别是四象限APD(Avanlance Photodiode,雪崩光电二 极管)的内增益高、噪声小适合中远距离测距和测角。基于相位法测距和四象限 测角，本文设计了一套基于四象限探测器的相位式激光雷达系统，并分别对测距 和测角的若干关键技术做相应研究。 测距是系统的一个重要功能，本文对若干影响测距精度的技术进行了研究。 鉴相算法是影响测距精度的重要因素。针对相位式激光测距中最常用的FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）鉴相方法和apFFT（All Phase Fast Fourier Transform，全相位快速傅里叶变换）鉴相方法，本文通过综合比较鉴相精度和 输出幅度信噪比，选取FFT 作为系统的鉴相算法。系统具有四路测量信号，如 何从四路测量信号中提取高精度距离具有重要的研究价值。通过分析对比 Atan_Mean 算法、Mean_Atan 算法及Max 算法，本文提出一种基于Mean_Atan 和Max 的优化算法，并验证该算法的优越性。温度是影响相位法测距精度的另 一个重要因素。关于温度对相位法测距精度的影响国内外做了一些相关研究。本 文从电阻电容的温度特性出发，研究了温度对相位法测距精度的影响。通过实验 得出选择低温度系数的电阻电容能够提高相位法测距精度。 测角是系统的另一个重要功能，本文对测角的若干关键技术进行了研究。 本文对测角过程做了合理的简化，在简化模型的基础上推导并验证了基于FFT 四路信号幅度求取脱靶量的可行性和正确性。方位角和俯仰角的估计精度直接决 定测角精度，而四象限测角算法是影响方位角和俯仰角估计精度的重要因素。本 文在传统等间距插值法的基础上，分析特性曲线，提出基于特性曲线分析插值法 的四象限测角算法。通过实验仿真得出，相同插值点数条件下，该算法得到的最 大方位角和俯仰角误差比等间距插值法小。为分析基于FFT 获取的幅度信息对 测角精度的影响，建立了脱靶量精度估计模型。通过理论推导和仿真得出，提高 输入信噪比、选择矩形窗、减小频率偏移量及增加FFT 运算长度均能提高脱靶 量估计精度。 为验证该系统可行性，搭建了实验系统的平台。为了考查各个模块对测距 精度的影响，分别对数字系统、模拟电路板及整个系统做了相应的实验。在数字 系统实验中，得出该部分的测距误差的标准差小于0.7mm，100 次平均后小于 0.07mm，相比其他部分可以忽略。在模拟电路板的参考通道和测量通道差异性 实验中，得出了该部分的测距误差标准差为1.5mm，100 次平均后标准差为0.2mm。 在整个系统测试中，针对高频测尺和低频测尺做了测距实验。在高频信号实验中，测距误差标准差为1cm，100 次平均后为0.8cm。在低频信号实验中，得到100 次平均后的峰峰值误差为3m，满足多频测尺的衔接条件。为考查脱靶量的稳定 性，做了脱靶量测试实验。实验结果显示，在X 轴上的归一化脱靶量的标准差 为0.003，在Y 轴上的归一化脱靶量标准差为0.001。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2015-12-24 |
| 源URL | [http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/3058]  |
| 专题 | 光电技术研究所_光电技术研究所博硕士论文 |
| 作者单位 | 中国科学院光电技术研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 蒲磊. 测角相位式激光雷达若干关键技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015. |
入库方式： OAI收割
来源：光电技术研究所
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