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基于距离选通技术的激光三维成像系统仿真研究

作　者: 刘敏
导　师: 李思宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: 距离选通成像激光成像仿真系统 LabVIEW
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 189次
引　用: 2次
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内容摘要

距离选通激光成像技术是一种实用的非扫描激光成像技术,相对于传统的扫描激光成像技术,它具有小型化、高帧频、大视场的特点,而且具有较强的抑制大气后向散射的特性。本文主要开展了距离选通激光成像技术的仿真研究,获得了一系列有价值的研究成果。本文研究工作分成三部分:一、基于距离选通技术的激光三维成像系统的理论研究;二、距离选通激光成像仿真系统的构建和实现;三、距离选通激光成像仿真系统实验和验模。首先,根据研究课题的应用背景与需求,分析比较了不同体制的激光成像技术的优劣,说明了选择距离选通成像体制的原因。然后通过调研国内外的研究现状,提出了研究距离选通激光成像仿真系统的必要性。接着构建了基于距离选通技术的激光成像系统理论模型,并分别从距离选通原理、大气和目标特性、噪声特性以及成像系统的性能计算等方面进行了详细的分析,为仿真系统的建模提供了依据。其次,在理论分析的基础之上,进而给出了距离选通激光三维成像系统的实现方案,同时着重探讨了该体制下激光三维成像系统的关键技术,接着提出了激光成像系统的设计指标。然后,设计了距离选通激光成像仿真系统,并在LabVIEW软件平台环境中,开发出了目标模块、噪声模块、参数控制模块、信号处理模块和成像显示模块,通过集成各模块从而实现了基于距离选通技术的激光三维成像仿真系统,且完成了初步的测试工作。最后,本文分别在不同的作用距离、成像目标、大气传输模型和成像分辨率等条件下对距离选通成像仿真系统进行了实验,分析了仿真实验的成像结果并得出了相关的结论,进而通过实际的距离选通激光三维成像验证实验,最终证明了距离选通成像技术的可行性和仿真系统的实用性,仿真系统研究对激光成像系统的深入研究奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 激光成像雷达与距离选通技术  10-11
  1.3 国内外研究综述  11-16
  1.4 主要研究内容  16-18
第2章距离选通成像系统理论基础  18-31
  2.1 距离选通成像原理  18-21
  2.2 大气和目标特性分析  21-23
    2.2.1 大气传输模型  21-22
    2.2.2 目标模型  22-23
  2.3 噪声模型  23-26
    2.3.1 噪声仿真模型  23-24
    2.3.2 背景噪声分析  24-25
    2.3.3 后向散射噪声  25-26
  2.4 距离选通成像系统性能计算  26-30
    2.4.1 激光雷达距离方程  26-27
    2.4.2 激光成像系统的信噪比研究  27-29
    2.4.3 探测概率和虚警概率  29
    2.4.4 激光成像系统的角分辨率  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章距离选通成像系统仿真  31-46
  3.1 成像系统方案  31-32
  3.2 关键技术分析  32-37
    3.2.1 同步控制技术  32-33
    3.2.2 激光器  33-34
    3.2.3 成像探测器  34-37
  3.3 系统的设计指标  37
  3.4 仿真工具简介  37-38
  3.5 仿真系统总体设计  38-40
  3.6 仿真系统的实现  40-45
    3.6.1 目标模块  40-41
    3.6.2 参数控制模块  41-43
    3.6.3 信号处理模块  43
    3.6.4 成像显示模块  43-44
    3.6.5 仿真系统主界面  44-45
  3.7 本章小结  45-46
第4章距离选通成像系统仿真实验  46-67
  4.1 仿真实验设计  46
  4.2 仿真成像结果  46-57
    4.2.1 距离选通成像  47-48
    4.2.2 不同距离的成像  48-49
    4.2.3 不同目标的成像  49-51
    4.2.4 不同反射率的成像  51-52
    4.2.5 不同大气模型的成像  52-53
    4.2.6 不同分辨率的成像  53-55
    4.2.7 滤波后的成像  55-56
    4.2.8 验证实验仿真  56-57
  4.3 仿真实验分析  57-58
  4.4 成像仿真系统性能分析  58-61
    4.4.1 成像距离精度分析  58
    4.4.2 关键指标分析  58-59
    4.4.3 系统影响因素分析  59-61
  4.5 距离选通成像实验  61-66
    4.5.1 成像实验设计  61
    4.5.2 目标的设定  61-62
    4.5.3 单元器件的测试和集成  62-64
    4.5.4 成像结果及其分析  64-66
  4.6 仿真系统的改善  66
  4.7 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-75
致谢  75

基于距离选通技术的激光三维成像系统仿真研究

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