机载激光雷达均匀扫描的实现方法

机载激光雷达多采用单束激光,通过扫描的方式完成对目标的探测.通常,由于扫描机构的缺陷,激光脚印在地面上的分布是不均匀的,而均匀扫描方式可提高激光雷达图像反演的质量,但在实现上存在一定的难度.首先从理论上分析了实现均匀扫描应满足的关系式,进而给出了一种工程实现的方法.电机输入曲线以理论推导的关系式为基础,在扫描视场边缘,通过曲线拟合,对理论曲线进行平滑,降低扫描输入曲线中的高次谐波分量.在测得振镜幅频特性曲线的基础上,利用迭代算法得出曲线拟合过程中的参数.与其他方法相比,该方法可以根据给定的扫描频率和视场角,自动计算出最佳电机输入曲线,从而在工程应用中,能够灵活地改变扫描参数.模拟实验结果表明,应用该方法扫描,激光点分布均匀,线性度良好.     

时间最优与模糊PID控制在双光楔扫描中的应用

为实现视轴变化、扩大探测视场,双光楔扫描需要进行大角度跳转。提出一种时间最优与模糊PID(比例-积分-微分)控制器相结合的控制策略,时间最优控制用于快速消除大角度偏差,模糊PID位置控制保证到位后精度高、超调量小,从而提高系统的静态和动态性能。试验结果表明,控制系统可以实现双光楔的快速定位,提高抗干扰能力,有较强的鲁棒性;同时由于操作性强,有较高的应用和推广价值。     

激光三维成像中双光楔扫描参数的确定及优化

在激光三维成像雷达中,双光楔扫描是一种常用的扫描方式,具有能耗小、精度高、抗震性好等优点,并可有效减小系统的体积。但其扫描轨迹复杂,扫描点存在较大的冗余。首先基于一级近似公式研究了扫描轨迹的规律,随后分析了扫描轨迹间距和扫描点间距的变化特征,最终确定了全视场覆盖时的双光楔扫描参数,并由轨迹分布特征给出了降低冗余的方案。结果表明,全视场覆盖时,反向旋转和同向旋转具有相同的最小冗余2π,除旋转方向外,其他扫描参数完全相同。有效扫描视场和分辨率一定时,特定转速对下,部分覆盖的反向旋转可减小1/4的冗余;半周期的同向旋转可减小1/2的冗余。冗余降低的同时提升了成像的帧频。     

双光楔可控扫描一维轨迹分析

根据几何光学和光的标量衍射理论,对双光楔的折射特性进行了数学分析.研究发现,以相反旋向相同转速旋转的双光楔对光的折射作用等效于一个折射角随2个光楔转角变化的单光楔.在此基础上,对通过双光楔的光束在像面上的衍射光场分布作了理论分析,得到了在夫琅禾费衍射下,光束经转动双光楔在像平面上的衍射光斑随时间变化的规律,从而为一维扫描的可控操作提供了理论指导.     

机载激光雷达扫描三维地形的渲染研究

针对三维地形渲染过程中容易受到气流干扰产生裂缝,导致渲染成像结果分辨率较低等问题,提出机载雷达扫描三维地形的渲染方法.通过机载激光雷达获取三维地形的图像数据,利用分形维数对图像进行纹理分割,获取图像的纹理与灰度的分布特征;利用网格逼近地形法构建LOD模型,剔除冗余数据;设置邻近地形的层级差,消除因分辨率等级不同产生的裂...     

机载双波长米散射激光雷达大气回波信号与信噪比的模拟计算

为了研究机载双波长米散射激光雷达的技术参数对其探测性能的影响,为该激光雷达的设计与研制提供理论分析依据,使用合适的大气消光模式和机载米散射激光雷达方程,对其接收的大气后向散射回波信号以及信噪比进行了模拟计算,讨论了几何重叠因子和不同消光模式对回波信号的作用,分析了激光脉冲能量、累积激光脉冲数、接收视场、滤光片半宽度等技术参数对信噪比的影响.结果表明设计的机载激光雷达完全可以进行10 km高度以下大气气溶胶和云的探测.     

基于Matlab的量子激光雷达稳频通信模拟系统设计

传统通信模拟系统设计较为复杂,导致模拟过程消耗能量较大,不能准确模拟稳频通信质量.因此,提出基于Matlab的量子激光雷达稳频通信模拟系统.由于振荡器是雷达形成初始信号源的基础,通过分析振荡电路与相位噪声,获得相位噪声函数与通信频率存在的关系;为确保通信过程的稳定,将准确性与稳定性作为信号质量的评价指标,并采用锁频环稳...     

机载双频激光雷达系统设计和研制

针对林业、建筑、近海、岛礁和滩涂的测绘要求,中国科学院上海光学精密机械研究所开发了具有自主知识产权的机载双频激光雷达产品样机,可以同时完成对陆地地形和海底地形进行测绘。该样机在三亚蜈支洲岛进行了飞行试验,最大探测深度达到30 m,等效一类水质条件下可达50 m,最小探测深度达到0.22 m,测深数据和单波束声呐数据对比中误差为0.108 m,实地测量数据和陆地点云量测数据比对中误差为0.18 m,试验结果基本符合设计预期,为进一步产品定型打下了良好的基础。     

无热化旋转双光楔共形光学系统设计

针对共形光学系统中因大倾斜、大偏心带来的像差校正困难以及双框架结构带来的体积大、结构不紧凑的问题,采用了由Wossermann-Wolf方程确定的固定校正透镜与Zernike旋转双光楔相结合的结构,通过两个光楔沿光轴方向相对转动实现对不同关联视场（FOR）像差的校正,使得系统结构更加紧凑,并且更好地校正了共形光学系统的像差。设计了焦距f=90 mm、口径D=48 mm、波长3.7~4.8 m的共形光学系统,关联视场为42,瞬时视场角为2.44,利用二元衍射元件实现光学被动消热差,结果表明,在-20~60 C内各个视场的光学传递函数在17 lp/mm处大于0.45,成像质量优良。     

机载海洋激光雷达发展综述

全面地介绍了国内外机载海洋激光雷达的发展历史,对该技术的各个发展阶段进行了评述,最后对其今后的发展趋势做了展望。     

线阵激光雷达同步扫描系统的设计

为了实现线阵激光雷达的同步动态扫描,提出了一种提出对PIN光电二极管的输出基准信号进行电平转换驱动旋转平台,从而对三维景物实现推扫的方法。介绍了系统的硬件组成,设计了电平转换驱动电路,阐述了同步扫描系统的原理。实验表明,系统的结构紧凑,运行可靠,能在整个圆周范围内进行扫描,测量的精度高达。     

机载单频水深测量LiDAR光机系统设计

LiDAR作为一种测深、水下地形绘制设备已在国外进入商用阶段。而我国LiDAR研制与应用相对缓慢,且主要集中在大型双频测水LiDAR的研制上。笔者所在团队在双频测水LiDAR设计的基础上,针对无人机,设计了单频LiDAR光机系统。首先分别设计了该系统的组成部分,即采用反射式光楔实现圆周扫描的扫描单元、采用Kopilevich模型计算的最佳接收视场角、采用广义开普勒系统设计的接收光学单元,然后集成整机,计算光学系统效率,仿真实验验证扫描效果,波形测试验证设计LiDAR可用性。该系统最佳接收视场角为95 mrad,最佳飞行航高150 m,飞行速度10 m/s,最佳测量水深25 m以内,最大测量水深50 m。该系统采用Kopilevich模型确定LiDAR最佳视场角,提升了LiDAR光机系统性能,并可切换两种不同扫描方式。     

三维扫描激光雷达系统设计及实时成像技术

三维扫描激光雷达能够主动获取目标的三维信息,其高速数据采集与传输是三维实时成像的技术瓶颈之一。自主设计一款地基三维扫描激光雷达系统,利用数据采集与控制系统实现点云三维成像。激光雷达系统硬件设计包括发射与接收单元、测距单元和扫描单元,用于获取目标的三维点云数据。激光雷达系统软件设计包括上位机程序、下位机程序和USB固件程序设计,实现点云数据从下位机到上位机的采集、传输和存储,及上位机数据解析和实时成像。通过多个场景实验,结果显示三维扫描激光雷达系统具有厘米级别的测距误差,可以实现三维实时成像。     

机载电视制导VGA/TV转换器的设计与实现

介绍AIT2138型数字视频处理器的基本特性和功能,实现了一种适合标准VGA和非标准视频之间的视频格式转换,并在此基础上进一步完成了我国某型战机机载VGA/TV转换器的软硬件设计实验;详尽论述该视频转换器总体设计和机载实验中的一些电磁干扰问题以及电源设计中的电磁兼容问题,并提出解决方法;介绍该视频转换器的软件控制流程以及对输入的视频信号格式实现自动监测和处理的原理和过程.     

长波红外高光谱成像系统的设计与实现

针对长波红外高光谱系统背景辐射强以及信噪比低的特点,设计了能有效抑制背景辐射的长波红外精细分光光谱成像系统.利用杂散辐射分析软件,对系统进行了背景辐射分析,包括全波段各辐射面源对背景辐射的贡献分量、各光学通道的背景辐射、机械内壁吸收率对背景辐射的影响、以及光机内壁温度对背景辐射的影响.主要通过制冷光机系统的温度、抛光亮...     

某型机载电子吊舱维护训练系统设计

针对某型机载电子吊舱维护训练成本高、组织难、周期长等问题,设计实现了一种基于半实物仿真的维护训练系统,该系统不仅在外观、连接和操作上与实装一致,同时在内部设计了信号仿真、故障设置、状态采集电路,通过采用通用I/O模块及RS 485总线主从方式构建远程测控体系,实现对电子装备工作状态的仿真。在此基础上设计内外场维护训练平台,能仿真内外场通电测试中对吊舱的操作控制,可灵活设置故障并真实再现故障现象,实现了对该型吊舱一二线技术保障训练的全过程仿真。实际应用表明,采用该系统实施吊舱维护训练能有效节约训练成本,降低训练风险,提高训练效果。     

基于表面回波的机载激光测深系统的最佳扫描方案

依据机载激光海洋测深系统瞬时海面定位光束的扫描方式的不同,通过分析比较不同扫描方式下表面回波接收概率在一定风浪条件下的变化,得出最佳的扫描方案,提出机载激光测深系统的某些参数的合理选择。     

用于船舶自动识别系统的机载阵列天线设计

为了满足船舶自动识别系统抗干扰性能的要求,设计了一种机载阵列天线.天线阵列由5个单极子天线单元组成,整体尺寸为Φ720 mm×306 mm,天线单元沿圆周均匀排列.通过泰勒分布和牛顿优化算法,优化阵列的辐射幅度及相位,得到实测的方位面增益-15 dB抑制范围达到128°,-20 dB抑制范围达到77°;装机后-15 dB抑制范围在114°以上,-20 dB抑制范围在51°以上.该阵列天线结构简单,成本低,满足机载环境的使用要求.     

一种智能助力车力矩感测系统设计与实现

针对目前助力车力矩感测系统开发难度大、成本高等问题,设计一种基于敏感元件的新型助力车力矩感测系统。以敏感元件电阻应变片为核心的力矩传感器、以差分放大和A/D转换电路为主的信号处理单元、以低功耗无线射频芯片CC1110为核心的数据处理及无线收发单元等部件置于助力车中轴,实现力矩信号的采集;软件上运用加权递推平均滤波增强数据采集的稳定性,采用零点补偿和最小二乘法拟合矫正来确保数据的采集精度。利用感应耦合供电和无线数字传输技术实现了对位于中轴力矩采集部件电能与信号的非接触传输。最后在模拟实际骑行的基础上对系统的精度及耐久性进行了测试,结果表明,该系统工作稳定,测量精度较高,在20 000 km测试范围内,满量程误差小于1%,具有很好的推广价值。     

Design and validation of clutch-to-clutch shift actuator using dual-wedge mechanism

Clutch-to-clutch shift technology is a key enabler for fast and smooth gearshift for multi gear transmissions. However, conventional hydraulic actuation systems for clutches have drawbacks of oil leakage and low efficiency. Electromechanical devices including wedge mechanism offer potential alternative actuators. The previous studies on the wedge emphasize on self-reinforcement, but neglect self-weakened phenomenon. In this paper, a novel dual-wedge mechanism is proposed to exert self-reinforcement and avoid self-weakened effect by selecting a correct working slope. The design concept and physical structure are thoroughly described. Dynamic models for the actuation system and vehicle powertrain are built for performance validation. The results show that the normal force generated by the wedge under self-reinforced case is 2.74 times that under self-weakened case. Using the same amount of the driving motor current, the upshift can be successfully completed in 0.78 s when the correct slope is used; however, it fails to engage the clutch when the incorrect slope is used due to self-weakened effect. So does the downshift. Moreover, the experimental results of the dual-wedge mechanism using the correct slope are comparable to those from the hydraulic actuator of a conventional automatic transmission.