采样频率和激光脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响

全波形激光雷达测距精度,又称测距重复精度或测距标准差,受激光器出光稳定性、激光脉宽、探测器响应时间抖动、电路噪声、波形形态、波形采样频率和波形处理算法等因素影响。理论分析了不同采样频率和不同脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响,并采集不同的采样频率(1.25、2.5、5 GHz)和不同脉宽(1、2、3、···、10 ns)条件下的波形数据,经滤波、插值、波形提取等预处理后,利用线性高斯拟合、加权线性高斯拟合、迭代加权线性高斯拟合、期望最大化算法、和Levenberg Marquardt算法共5种算法计算测距值并统计测距精度。实验结果表明,EM算法获得的测距精度相比其他4种算法受到波形畸变的影响最小;加权线性高斯拟合算法获得的测距精度受采样频率变化的影响最小;相同波形幅值条件下,实际脉宽增加2.47倍,利用EM算法获得的测距精度从0.97 mm下降至1.18 mm,因此增加脉宽会降低测距精度;在光脉宽为4 ns的情况下,5 GHz采样频率数据在EM算法获得的测距精度分别为2.5 GHz、1.25 GHz采样频率数据的测距精度的1.71倍和3.07倍,而当2.5 GHz和1.25 GHz采样频率数据分别插值2倍和4倍至5 GHz后,仅为1.17倍和1.29倍,因此提高采样频率能够提高测距精度,而对低采样频率数据进行插值能够获得接近高采样频率数据的测距精度。     

智能路面破损采集系统

文中介绍的智能路面破损采集系统,提出基于PIC单片机和cameralink接口标准的多CCD相机信号同步采集的方法.并已经应用于本中心研发的智能道路检测车中.     

一种基于卡尔曼滤波的超宽带室内定位算法

为了减小室内环境中障碍物对超宽带(UWB)传感器测距结果的影响,提出了一种基于卡尔曼滤波(KF)的超宽带室内定位算法.利用超宽带接收信号的信噪比区分视距和非视距环境,给出了超宽带传感器测距性能最小二乘标定模型,减小测距系统误差;判断相邻测距差分是否在阈值范围内,否则用卡尔曼滤波先验估计替代后验估计处理测距结果,由此减弱多径效应和非视距误差对测距的影响;用扩展卡尔曼滤波器(EKF)实现室内定位.实验结果表明:算法在复杂室内环境中可达到亚米级的动态实时定位精度.     

无人船自适应路径跟踪控制系统

环境干扰下如何实现精确、可靠路径跟踪控制是目前无人水面船(无人船)自主航行的关键和难点问题。从无人船路径跟踪控制的算法设计、系统实现和试验验证等三个层面开展研究:在算法设计层面,提出了考虑水流干扰条件下的自适应视距(Line-of-sight,LOS)制导算法以及基于LEM(Line-of-sightextendedstateobservermodelpredictive control,视距-扩张状态观测器-模型预测控制)的自适应路径跟踪控制方法;在系统实现层面,设计了无人船路径跟踪控制系统架构,并解决了MPC快速求解、系统状态采集与不可测状态观测问题;在试验验证层面,构建了在室外水池环境下的模型船路径跟踪控制试验平台,并在此平台上完成了MPC与比例-积分-微分(Proportional-integral-derivative,PID)路径跟踪控制对比试验,以及基于LEM与基于传统LOS的MPC路径跟踪控制(Traditional LOSMPC,TLM)对比试验。试验结果表明,构建的无人船路径跟踪控制系统运行稳定可靠,提出的LEM自适应路径跟踪控制方法具有更高的路径跟踪控制精度和可靠性。     

高转速扫描激光雷达中探测器偏离焦平面的应用

为了提高激光雷达测距的动态范围,解决高转速扫描激光雷达测量远距离目标时的脱靶问题,提出了探测器偏离焦平面的方法。对远距离回波脱靶现象、探测器在焦平面径向和轴向上偏离的作用原理、回波光斑在焦平面附近的空间能量分布进行研究。根据目标距离、激光扫描线转速、焦距和离焦量,分析回波光斑中心相对于光轴的径向偏离角和径向偏离量。当不同距离回波的像平面、光学系统焦平面和探测器靶面之间的相对位置变化时,分析了回波光斑尺寸在探测器靶面的变化规律。考虑激光高斯光束的能量分布、光学系统孔径光阑、衍射和离焦的影响,分析了回波光斑在探测器平面的能量分布以及探测器靶面的收光率。最后,通过数值仿真和实际测试验证了探测器在偏离焦平面后对不同距离回波的收光率的变化规律。实验结果表明：在75 Hz四棱塔镜扫描方式下,通过调节径向偏离能测到的最远目标距离从约800 m提高至约1 300 m;通过调节轴向偏离,保证远距离回波收光率基本不变的情况下,5 m目标的收光率可降低约70%。该方法基本解决了远距离回波脱靶问题,提高了测距动态范围。     

圆光栅角度传感器偏心误差的分析与补偿

偏心误差是圆光栅角度传感器测角误差的主要来源之一。 通过推导偏心误差的表达式及其三角级数展开,提出了使用 对径双读头可以测量偏心参数并补偿偏心误差,因此设计了利用改进的粒子群算法从双读头计数值中拟合得到偏心参数的流 程和一种基于区间转换和两级查找表的现场可编程门阵列(FPGA)偏心误差实时补偿模块,使得在标定得到偏心参数后,在设 备中仅使用单个读头就能实现与双读头几乎相同的测角精度,节省了成本。 实验分析表明,对于实验中用到的单圈 320 000 计 数值的编码器,在误差补偿前,单读头计数值与双读头计数均值之间最大相差 109,即偏心误差最大可达 0. 06°,显著影响测角 精度;而在误差补偿后,二者最大相差 6,平均仅相差 1. 46,这验证了提出的误差补偿方法可以有效代替双读头的使用。     

超声波肿瘤治疗床诊断治疗控制系统的实现

介绍一种基于高强度聚焦超声技术肿留治疗床的诊断治疗控制方案，阐述了以运动控制器(PMAC)、图像采集卡和工业控制机(IPC)为核心的诊疗控制系统的硬件组成和软件功能。     

铁路货车装载尺寸超限自动测量技术研究

提出了一种铁路货车装载尺寸超限自动测量的新技术。该技术利用计算机获取行进中的铁路货车的图像,实时提取货车的外形轮廓,并按照摄影测量原理解算货车的宽度和高度,根据铁路运输规范判断货车车厢尺寸是否超限。利用该技术设计制作的测试系统的具有很高的测量响应速度和较高的测量精度,达到铁路货车超限测量系统设计要求。     

铁路货车底部超限测量系统

铁路货物运输中，底部超限测量一直是安全监测上的难点。介绍了一种利用线激光投影结合图像量测进行铁路货车底部超限测量的方法。系统采用激光三角法的原理，利用红光线激光器和CCD传感器组成测量系统，并提出了一种快速的基于边缘提取的激光线提取算法；设计了精确的标定装置，提出了相应的标定方法，使超限货物能被准确地测出。描述了完整的系统硬件组成和软件结构，经过了多次实验，结果证明测量系统准确可靠。     

全波形激光测距幅相误差改正方法

针对全波形激光测距中存在的幅相误差问题,提出一种基于神经网络的幅相误差改正方法。利用非合作目标探测信息,通过提取回波波形的形状信息、能量信息、梯度信息、对称性信息及距离信息特征参数,根据皮尔逊相关系数对特征参数进行分级,建立多回波特征信息与幅相误差改正的神经网络模型以校正全波形激光测量中各通道幅相误差的影响。实验使用5%、20%、60%、80%标准反射板及激光采集模块在室内对7种距离进行数据分组采集和处理,并与传统测量方法进行对比。结果表明,该方法可以有效减小全波形激光测量中幅相误差的影响,测量精度提高了51.2%以上。