直接测距型无扫描激光主动成像验证系统

为提高成像效率,研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源,通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息;基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外,光学系统采用收发共孔径结构,保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同,系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔,实现了45ps的计时分辨率。最后,将19m和31m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验,并给出了所获取的距离图像。结果表明:两个目标的平均距离分别为19.28m和31.54m,测距误差分别为0.28m和0.54m,显示提出的设计方案切实可行。

弹载激光主动成像制导技术发展现状分析

激光制导武器具有低成本、高效费比、高精度等特点,已成为现代战争中最为重要的精确打击武器之一。介绍了激光制导的各种类型并比较了其优缺点,分析了最有发展前途的制导方向之一—弹载激光主动成像制导的工作原理、特点、影响性能的因素、技术路线及技术难度,尤其是深入探讨了扫描和非扫描两种工作方式。综述了弹载激光主动成像制导的国内外发展现状与趋势,重点解读了低成本自主攻击系统LOCAAS、"网火"武器系统中的巡飞攻击导弹LAM、通用激光雷达导引头CLAS、"竖锯"计划Jigsaw等多套典型的非扫描成像激光雷达系统,总结并提出了可行的研制方案和进一步发展该技术的建议。

超小型条纹管的动态特性研究

基于条纹相机的非推扫式激光雷达可以实现三维多光谱荧光及偏振成像,克服了传统雷达技术中由于目标和搭载平台之间相对移动形成的图像畸变,图像刷新率高,也便于小型化.本文针对这一新技术发展的需求设计了一款大面积(阴极有效面积?25)、超小型(阴极到荧光屏净尺寸为100 mm)、无栅网、球面阴极、球面荧光屏的条纹管,利用电子轨迹追踪法理论分析了偏转板位置对偏转灵敏度和空间分辨率的影响.动态分析演示了从阴极面狭缝上同时出发的光电子在条纹管内部不同飞行阶段的时间畸变过程,给出了条纹管在扫描工作模式下狭缝像弯曲所对应的定量时间畸变值.该条纹管极限时间分辨率优于30 ps,在其阴极狭缝长28 mm的范围内,边缘动态空间分辨率大于10 lp/mm,阴极狭缝为30 mm×50μm时条纹管的动态时间分辨率优于50 ps,放大倍率为1.2.

基于不同作用体制下的非扫描激光成像雷达探测技术

激光成像雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物,在军事上有着广泛的应用前景。非扫描激光成像雷达是近年来出现的新型雷达,因没有机械扫描装置,具有高帧频率、宽视场、高可靠性的特点。本文对基于相位法的非扫描激光成像雷达、基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像雷达、基于阵列的非扫描激光成像雷达的原理、特点进行了分析,指出了每种体制的局限性,为应用具体背景下的非扫描激光成像雷达体制的选择提供了一定的参考价值。

基于线阵APD探测器的脉冲式一维非扫描激光雷达系统

介绍了非扫描激光雷达的原理,描述了研制的基于线阵APD雪崩光电二极管的一维非扫描激光雷达系统。该系统使用线阵APD作为探测器,红外脉冲式纳秒激光器作为探测光源,利用飞行时间法实现了目标的一维距离图像的非扫描测量。系统使用了APD多通道并行前置放大电路,并利用模拟开关控制高速继电器进行多通道轮询切换,实现了APD阵列的多通道驱动,并有效地降低了通道间的串扰。进行了多组6～18 m的一维距离成像实验,结果表明系统的距离分辨率优于10 cm,各通道的平均测距标准偏差约为8.6 cm。该系统的设计为将来的面阵APD二维非扫描激光雷达的研制奠定了基础。

非扫描脉冲成像激光雷达灵敏度方程

非扫描成像激光雷达是激光雷达的重要发展方向之一。激光雷达的一个非常重要的性能指标就是给定条件下的最大探测距离,这需要通过激光雷达灵敏度方程对其进行计算。分析了脉冲直接探测的非扫描成像激光雷达与扫描成像激光雷达的不同,介绍了增益调制型非扫描激光雷达系统构成及成像原理,并给出了基于像增强器型CCD(ICCD)能量积分器件作为探测器的该激光雷达成像中的信号和噪声。最后,提出了一种基于对比度和图像信噪比的增益调制非扫描成像激光雷达灵敏度方程。

非扫描激光主动成像制导技术研究

介绍了激光主动成像制导技术的基本原理。分析了基于相位法的非扫描激光成像技术和基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像技术以及基于阵列的非扫描激光成像技术的原理、特点和发展现状,讨论了非扫描激光主动成像制导技术在巡航导弹中的应用。它们为非扫描激光主动成像制导技术在具体背景下的应用提供了一定的参考价值。

无扫描四维激光成像技术研究

采用激光全视场照射,ICCD面阵接收,由于像增强器的增益指数与其工作电压成正比,通过对ICCD的像增强器的选通电压进行调制提取目标四维图像。即在激光发射后一定的延迟时间内控制其工作电压递增,使在脉冲选通时间内目标距离越远的回波信号通过像增强器时增益倍数越大。这样所成的像经过ICCD图像采集输出,其各像素的幅值信号包含目标的距离增益信息和目标反射的灰度信息。再从幅度信息中滤除目标反射灰度信息和大气传输的影响,提取目标的距离信息,最终从面阵探测器中提取距离信息,实现无扫描激光四维成像制导技术。

线性增益调制激光雷达系统参数对测距精度的影响

测距精度是激光雷达系统的重要参数,测距精度影响因素的研究对于提高激光雷达系统性能具有重要价值。增益调制无扫描激光雷达是一种新体制的激光雷达,其测距精度的影响因素不同于传统飞行时间测量的激光雷达系统。从增益调制激光雷达距离表达式出发,推导了增益调制激光雷达各系统参数对于距离精度的影响,综合考虑了ICCD的调制误差、回波强度较低时的光子噪声、探测器噪声、微通道板的增益饱和等因素,给出了测距精度与回波功率的关系曲线。得出增益调制无扫描激光雷达系统存在一个回波强度区间,在该强度区间内,无扫描激光雷达的测距精度是区间外的2倍以上。

无扫描激光三维成像系统的建模与仿真

当前的像增强器耦合型CCD(ICCD)模型主要针对微光成像系统,无法直接用于三维成像系统.在三维成像系统中,像增强器不再工作于高增益状态,而且增益非线性对测量结果有很大影响.为此,改进ICCD模型中的噪声模型,采用非线性增益模型.针对光源强度和像增强器增益均随时间变化,对模型进行时间离散化处理.结合光照模型和物体三维数据进行系统仿真和定量分析.结果表明,增加CCD势阱容量、减小微通道板(MCP)增益、增大光源功率,可以提高信噪比,从而提高测量精度,同时需要提高快门速度、光源调制度,并抑制环境光影响.

基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统研究

讨论一种新型激光雷达成像方法,建立以皮秒条纹管相机为接收器的激光雷达成像系统.该系统采用皮秒钇铝石榴石(yttrium aluminium garnet,YAG)激光器作为激光源,通过可调延时器和标准具对条纹管相机的扫描速度和非线性进行标定.结果表明,该系统中皮秒条纹管相机的时间分辨率优于2 ps,非线性小于2%,具有时间分辨率高、测量时间短和光谱测量范围宽等特点.用该系统对不同距离两物体进行成像实验,理论计算出两物体的距离差与实际距离差较接近,从而验证了采用该系统进行激光雷达成像的可行性.为基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统的建立提供了理论与实验依据.

线性增益调制激光雷达系统参数对测距精度的影响

增益调制非扫描激光雷达是一种新体制的激光雷达,其测距精度的研究具有重要价值。从增益调制激光雷达距离表达式出发,研究了增益调制激光雷达各系统参数对于距离精度的影响关系,综合考虑了回波强度较低时的光子噪声和距离精度较高时微通道板的增益饱和带来的影像,给出了测距精度与回波功率的关系曲线,得到了增益调制无扫描激光雷达系统存在一个回波强度区间,通过调整系统参数控制回波强度在该区间内,可以保证系统获得最高的测距精度。

无扫描激光雷达距离选通同步控制电路的设计

无扫描激光雷达距离选通成像系统中同步控制装置的研究设计是系统的关键技术之一,直接关系到能否实现距离选通,能否得到目标的选通图像。在成像系统对同步控制装置的性能要求基础上,论文基于复杂可编程逻辑器件CPLD实现了脉冲激光器与选通ICCD摄像机的同步工作。通过VHDL语言设计出了具有纳秒量级的距离选通同步控制电路。此电路可以方便地进行脉冲宽度和延迟时间的选择,从而提高系统的成像质量和作用距离。

非扫描激光主动成像制导技术研究

提出一种非扫描激光主动成像制导技术。该技术采用半导体激光器光源、非扫描成像和直接探测方式,进行了理论分析和模拟仿真,取得了实时跟踪并攻击速度为0.5 m/s的模型小车的实验结果。结果表明,该技术具有小体积、低价格、结构紧凑、帧频高和分辨率高的显著特点,能够实时获得目标二维强度像、目标距离和弹目接近速度等重要信息,是真正实现激光全主动制导技术的有效途径。

半导体激光雷达的外调制器综述

随着无扫描半导体激光雷达技术的突破,要求对数十瓦的大功率连续半导体激光源有更好的调制特性。文中比较各种调制方式,认为LiNbO3体调制方案是实现大功率半导体激光调制的有效途径,但其也有调制电压高、集成化小型化能力差的缺陷。基于外延生长技术半导体集成光电子工艺的发展,生长多量子阱和垂直腔面发射激光面阵成为现实。认为采用电吸收调制器与面发射激光器的集成单元构成二维密集阵列有望获得较高调制质量的大功率激光输出,可实现激光雷达的小型化。

非扫描激光主动成像制导技术及其导引规律的研究

提出一种小体积、低价格、结构紧凑的非扫描半导体激光主动成像制导技术,该技术能够实时获得目标的二维强度图象和弹目相对距离信息。以最优控制理论和飞行力学原理为基础,从考虑弹目相对速度变化方面入手,推导出一种变系数最优导引律,并给出剩余飞行时间的估算方法。数字仿真结果表明:最优导引律与经典比例导引律相比具有控制能量少,脱靶量小等优点。

非扫描半导体激光雷达成像制导技术研究

重点介绍了非扫描调频连续波半导体激光成像雷达的基本原理.分析了非扫描调频连续波半导体激光成像雷达的调制方法、系统性能以及在制导技术中的优势和局限性.根据国内外就半导体激光雷达方面的研究状况,预言了其将成为精确制导技术的重要研究方向.

无扫描三维成像激光雷达原理分析与成像仿真

介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构及成像原理。无扫描三维激光雷达是一种不需要扫描机构的三维成像系统,由信号调制、信号发射、微通道板调制、信号积分接收等模块组成。发射的激光信号经过正弦调制,利用回波信号与本地振荡器的相位差计算得出目标上各点距离,这种测距方法称为面阵相位法。与传统的扫描式激光雷达相比,无扫描三维成像激光雷达具有结构简单、成像速度快、可靠性高等优点,同时对激光脉冲频率的要求很低,因此在武器的末制导、车辆的主动防撞、机器人视觉等方面有着广阔的应用前景。本文介绍了无扫描三维成像激光雷达的系统结构以及面阵相位测距法的基本原理,并在Matlab环境下针对点目标、面阵目标对成像算法进行了仿真。验证了面阵相位法的测距原理及无扫描三维成像激光雷达的成像原理,并分析了可能存在的信号功率误差和CCD读数时的末位不稳定对成像精度的影响,为无扫描三维成像激光雷达的设备研制提供了有益的参考。

单目-无扫描3D激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计

针对传统的利用单一视觉传感器难以实现复杂非合作空间操控导航的问题,提出一种基于单目相机与无扫描三维激光雷达融合的非合作目标相对位姿估计方法。首先,设计了基于成像几何关系的单目纹理-非扫描距离图像的快速配准与融合方法;之后,在构建目标同步定位与建图(SLAM)贝叶斯滤波模型基础上,提出一种扩展卡尔曼滤波-无损卡尔曼滤波-粒子滤波联合的滤波估计算法,可实现尺度模糊下相对位姿的快速鲁棒估计;其次,针对估计中的尺度模糊问题,提出基于融合图像的全局尺度系数确定方法,将尺度系数估计问题转化为简单线性滤波问题。基于Open GL生成的2D/3D图像实验表明:所提出的方法具有较优的精度和鲁棒性;相对位置估计误差与尺度估计误差相关,二者近似成线性正比关系。

基于国产三代微光ICCD探测器的三维激光成像雷达

针对高分辨、高帧频激光三维视频成像问题,基于国产三代微光像增强器,采用线性增益调制单ICCD成像方法,建立激光发射功率和成像距离的数学模型、测距模型。考虑激光光源功率波动、脉宽误差、同能量脉冲误差因素,对三维成像测距误差进行分析,得出远距离高精度三维成像的解决措施。开展单ICCD增益调制激光三维成像雷达工程样机研制,并进行外场成像试验,结果表明该激光三维成像雷达具有25 Hz帧频、720×576高分辨率,220米外测距精度优于0.01 m,实现对目标的三维成像,验证了分析与措施的有效性。