三维成像激光雷达线阵探测模式分析

以三维成像激光雷达对地面车辆目标探测为应用背景,采用线阵光电探测器并行接收的新体制来提高对目标成像的速度和实时性。按照对目标照射的激光辐射形式,总结出两种线阵探测模式：一种是激光多束发射模式,另一种是激光泛光发射模式。对这两种模式的机理、实现方式及优缺点进行了分析,并分别建立了两种模式下的激光雷达探测方程。采用信噪比和测距精度来分析两种模式的探测和测距性能。分别推导出了两种模式下信噪比与距离,发射功率与距离的关系表达式并进行了仿真。仿真结果表明,在相同距离和发射功率下,激光多束发射模式的回波信噪比更高;在相同距离和测距精度下,激光泛光发射模式需采用更高的发射功率。     

一种直接应用灰度叠加提高面阵激光雷达测距精度的方法

相比传统的点扫描激光雷达,基于距离选通和增益调制测距原理的面阵成像激光雷达,具有测距速度快的优点,但同时会引起单帧图像信噪比降低。根据成像激光雷达的原理,建立了其在散粒噪声影响下的测距精度模型,基于该精度模型和机载面阵激光雷达成像的特点,提出了一种应用灰度图像配准叠加提高测距精度的方法。对飞机姿态、光源均匀性、叠加帧数等因素在采用该方法时是否对测距精度有影响进行了分析。分析结果表明,图像完全匹配后,飞机姿态对测距精度没有影响,光源均匀性优于40%时对测距精度影响可以忽略,一定叠加帧数内时灰度叠加不会影响目标之间的相对距离。进行了地面动态实验和机载航拍实验,并将此方法应用于图像的校正,实验结果验证了该方法的有效性。     

面阵激光雷达多通道时间间隔测量系统研制

为解决APD面阵激光雷达多路激光飞行时间测量这一关键技术,研制了多通道高精度并行时间间隔测量系统。系统硬件由研制的4个基本测量单元和1个数据打包单元组成,系统软件采用事件驱动模式编程,利用循环FIFO和中断技术实现与上位机数据通信。被研发的测时系统应用于5×5光纤阵列耦合APD面阵激光雷达试验后,面阵激光雷达所有25个通道最大的距离标准偏差为4.22 cm,测距偏差为-6.41 cm~10.58 cm,达到面阵激光雷达测距精度要求。     

面阵凝视型成像空间应用技术

介绍了凝视型成像技术的特点、优势、现状和发展趋势,论述了凝视型成像技术应用于遥感领域发展的重要性,总结了面阵凝视型成像技术作为空间应用所涵盖的关键技术,将为我国空间凝视型成像技术的进一步发展提供参考。     

阵面电源自动测试技术研究

阵面电源作为相控阵雷达的主要部件之一,因其使用数量较多,为提高测试效率和精度,需要建立能够完成多项性能指标测试的阵面电源自动测试系统。介绍了阵面电源自动测试系统的组成及原理,系统采用NI公司的Labview虚拟仪器软件平台集中控制电源、负载和测试仪表,自动进行电源静态特性、动态特性以及电磁兼容和热特性测试,并基于数据库对测试数据进行管理和后处理。     

基于面阵三维成像激光雷达的目标点云分割技术

针对偏振三维成像系统的高效目标三维点云分割问题,提出一种多维信息融合的高效分割理念。系统采用高分辨率EMCCD相机作为面阵探测器,在一次成像过程中,可同时获得视场中的灰度图像以及三维点云数据。根据该成像特点,建立灰度图的像素坐标与点云数据像素坐标之间的点对点映射关系,结合粒子群优化算法的边缘分割方法,将灰度图中目标分割后的坐标信息映射到三维点云数据中,得到其三维点云数据。该方法将三维点云数据降维处理为二维图像处理,显著降低了计算复杂度,避免了点云数据误差对分割精度造成的影响。实验验证了多维数据融合目标三维点云分割方法的有效性。     

2.52THz面阵透射成像系统改进及分辨率分析

太赫兹(THz)面阵成像具有成像速度快和像素多等特点,因此具有广阔的应用前景。成像系统的光路设计对成像质量具有很大影响。利用PyrocamⅢ热像仪作为面阵探测器,利用相干公司SIFIR-50连续太赫兹激光器作为成像光源,搭建太赫兹面阵实时成像系统,并通过多个离轴抛面镜和聚乙烯透镜对原有成像系统进行改进,以人民币水印、镂空金属板和分辨率板为目标进行实时面阵成像,获得了较为清晰的图像,通过与原有成像结果对比,验证了成像质量的提高,并通过分析成像结果对该成像系统的分辨率进行估计,该成像系统分辨率可以达到0.6 mm。     

基于面阵CCD的钢板几何尺寸测量系统

利用面阵CCD和计算机数字化技术建立针对钢板尺寸的自动检测分析系统。阐述了该系统的关键技术,包括图像采集、匹配、边缘采集等。实验表明,该系统具有功能实用、操作方便,高精度优点,其检测精度＜0.05 mm,满足现代工业检测精度。     

视频面阵CCD相机多模式成像技术?

视频面阵CCD相机已经得到了广泛的应用,为了解决不同的应用对高频率、高分辨率不同的要求等问题,同时扩大其应用范围,提出了一种适用于视频面阵CCD相机的多工作模式成像技术。首先,分析了视频面阵CCD的功能和特点,确定CCD的工作模式;其次,根据这些工作模式确定多模式成像的视频面阵CCD相机的组成;然后,详细阐述了时序驱动电路中工作模式的切换方法;最后,在各种工作模式下对视频面阵CCD相机分别进行了外场成像试验。实验结果表明:视频面阵CCD相机在各种工作模式下的成像效果很好,并且每种工作模式之间的切换时间为2ms,提高了视频面阵CCD相机多工作模式成像方法的有效性和实时性。     

雷达阵面系统小型化研究

雷达阵面系统的小型化研究在机载、弹载、星载等雷达领域有重要应用价值.文中从三方面提出了小型化设计思路:1)多功能线阵设计.从系统的角度优化天馈线形式,通过一种新型耦合器的设计,将天线与馈线多功能、一体化设计,使辐射线阵不仅具备监测功能,同时结构比常规线阵缩小25％;2)三维微波-数字混合电路设计,通过对三维垂直互联机构的建模分析,提高三维微波电路设计的准确性,同时从电路布局、屏蔽、端接匹配电路等方面提出了三维微波-数字混合电路设计规则;3)微波-数字协同仿真.通过三维微波-数字电路的仿真,解决了Ku波段三维微波电路易谐振,性能不佳的问题和复杂信号传输易串扰、数字信号传输信号完整特性欠佳的问题.实验验证了上述措施的有效性,一定程度上实现了阵面电讯、结构等系统整体资源的优化配置,使雷达阵面系统实现高集成、小型化设计.     

行间转移型面阵CCD成像系统设计

采用行间转移型面阵CCD KAI-1020作为图像传感器,以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制器,设计并实现了一个完整的成像系统。FPGA产生驱动时序、控制CCD上电顺序、调节曝光时间,并实现数据缓存。CCD模拟视频信号经过预处理,通过同轴电缆传输到CCD专用视频处理器进行相关双采样和模数转换,以10位像素深度输出到FPGA,数字视频信号经过差分芯片驱动以低压差分信号（LVDS）格式输出到数据采集卡。集成化视频处理电路提高了系统的信噪比,改善了成像质量。实验表明,CCD成像系统工作稳定可靠,像素读出时钟为10 MHz时,帧频为10帧/s。设计的CCD成像系统性能好、可靠性高、实现周期短,具有很强的可扩展性。     

用于汽车实时障碍检测的光学传感系统

介绍了几种用于汽车障碍物探测的光学系统。对于三维照相机系统、三维扫描激光雷达成像系统、一维扫描激光雷达系统及非扫描激光雷达成像系统的优缺点进行了分析比较。目前,最具实用价值的是一维扫描激光雷达系统。     

距离选通技术在三维成像激光雷达中的应用研究

距离选通技术在三维成像激光雷达中有着重要应用,是一种解决水下微光成像和抑制后向散射问题的简单有效方法之一。文中概述了距离选通技术的原理和应用范围,根据实时成像的需求,提出了一种实时距离选通成像系统的设计方案,该方案只需要一次成像就可以完成距离选通成像并求解出目标距离。根据质心法求解距离的原理,详细推导了成像系统的距离像和距离精度,并用仿真软件仿真分析了该系统距离像的距离精度和目标距离、时间切片数量、信噪比之间的关系。仿真结果表明:距离精度受系统信噪比的影响很大,当信噪比大于2 000时,测距精度优于0.2 m。     

帧转移型面阵CCD成像模型与仿真

基于帧转移型面阵CCD的成像原理,探讨了光电转换、电荷转移和电荷检测三个成像阶段存在的一些关键性问题,如像元响应的不一致性、相机抖动、电荷转移效率、帧转移模糊等,建立了相应的数学模型,并利用VC++6.0开发平台搭建了一整套CCD成像仿真系统。最后利用实验的方法,通过改变转移效率、曝光时间等CCD成像参数,分析比较了仿真结果。实验表明,该数学模型与面阵CCD器件成像过程较为吻合,仿真系统准确度较高。     

基于光学设计软件的太赫兹面阵成像系统性能分析

太赫兹成像是太赫兹技术的重要发展方向,其中具备实时成像能力的面阵成像系统引起了广泛的研究兴趣。在成像系统的设计中需要尽可能地减小能量损耗,由于离轴抛物面镜具有较小的能量损耗,且便于系统设计,因此在太赫兹成像系统的设计中常被用到。但离轴抛物面镜的引入会带来一定的畸变以及装调困难。利用光学设计软件ZEMAX,对一种具有离轴抛物面镜的太赫兹面阵成像系统进行了成像性能分析,特别研究了接收部分中离轴抛物面镜装调误差对成像质量的影响。仿真结果表明,理想情况下,系统分辨率约为0.5 mm且网格畸变只有0.069%;该系统容许光学接收部分的离轴抛物面镜最大倾斜角1.1°,最大偏心距6.5 mm。     

轻小型面阵摆扫热红外成像系统研究

研制了一套轻小型面阵摆扫热红外成像系统,采用面阵探测器并结合系统光学元件在翼展方向的摆扫实现了宽视场、高分辨率成像,利用环架反向补偿纠正了横滚姿态扰动导致的视场偏移。通过功能验证试验,获取了视场无偏移的宽视场高分辨率图像。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在轻小型无人机热红外遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载热成像技术向宽视场、高分辨率方向发展具有一定的参考价值。     

光子累计方法在成像激光雷达中的应用研究

介绍了一套自行研制的采用光子计数探测的1064nm激光雷达系统。理论分析了光子计数探测技术和信噪比的改善．实验研究了改善信噪比的脉冲累计方法。给出了光子累计脉冲与信噪比之间的平方根关系,以及不同距离下的探测结果。另外,讨论了光子累计在两种成像方式下,相同参数的数值模拟和比较。结果表明：采用大发射光束和光子累积方法进行探测的信噪比,比单光束、大光强和逐行扫描方式的探测在理论上要好些。即探测概率高。     

基于面阵CCD的MAX-DOAS系统性能研究

介绍了自制的地基多轴差分吸收光谱系统,该系统采用二维面阵CCD探测器,将不同水平仰角所接收的光信息分布在面阵CCD的不同区域,实现了对不同水平仰角痕量气体的同时测量,并对系统中面阵CCD探测器的偏置、暗电流、噪声、响应线性以及成像光谱仪的分辨率、光谱范围等性能进行了测试.给出了该系统对不同观测水平仰角下大气O3的监测结果,结果表明此多轴差分吸收光谱系统能够满足大气监测的要求.