双ICCD增益调制激光雷达的精度研究

摘要

双ICCD增益调制成像激光雷达是增益调制型无扫描激光雷达的一种。它是在单ICCD增益调制成像激光雷达的基础上作的改进，它可以去除目标运动所带来的误差，进而对动态目标进行成像。这样，双ICCD增益调制成像激光雷达就可以对运动目标进行3D成像，从而给出运动目标的几何形貌。通过分析几何形貌确定目标的运动趋势，从而更有效的探测。在研究成像激光雷达中，测距精度的提高是体现其应用价值的关键，本论文从理论和实验出发对双ICCD增益调制成像激光雷达的测距精度进行研究。
　　本文介绍了双 ICCD增益调制成像激光雷达的成像原理，在其接收端有两个ICCD，这两个ICCD上的增益一个随时间单调增大，另一个随时间单调减小。将上下增益调制下获得的两幅灰度图像相除就可解算出激光脉冲运行的时间进而得到目标的具体距离。首先从理论上对双ICCD线性增益调制成像激光雷达的距离方程进行了推导并根据误差传递公式推导出了测距精度。测距精度是本文的重点研讨对象，利用MATLAB软件对双ICCD线性增益调制中的两个调制函数的参数进行了仿真研讨并和单ICCD的测距精度进行了仿真比较。结果显示，当双ICCD线性增益调制成像激光雷达的上增益调制函数的初始值与单 ICCD线性增益调制函数的初始值相同时，双ICCD线性增益调制激光雷达的测距精度总是高于单ICCD。
　　其次本文利用类似于双ICCD线性的方法推导了双ICCD正弦、指数增益调制激光雷达的距离方程和测距精度。对于线性、正弦、指数三种调制方式，指数调制下的测距精度仅与系统的信噪比和表示指数增益变化快慢的时间常数有关。用MATLAB软件对双ICCD指数增益调制下的测距精度作了一定的仿真分析并与单ICCD作对比。当双 ICCD指数增益调制激光雷达中的上指数调制时间常数与单ICCD的调制时间常数相同时，双ICCD指数增益调制激光雷达的测距精度总是高于单ICCD指数的测距精度。
　　最后，根据成像原理设计并搭建了双ICCD和单ICCD指数增益调制激光雷达室内实验装置。分别测试了距离为45m、45.5m和45m、46m的两组目标在不同增益调制时间常数下的距离精度。验证了理论分析的正确性：即双ICCD指数增益调制激光雷达的测距精度要高于单ICCD的，能达到毫米量级，而且表示指数增益变化快慢的调制时间常数越小精度越高。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 采用ICCD器件的激光雷达研究现状

1.2.2 ICCD噪声的研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 双ICCD线性增益调制系统的性能分析

2.1 引言

2.2 双ICCD线性增益调制成像激光雷达原理及距离方程

2.1.1双ICCD线性增益调制成像激光雷达原理

2.1.2双ICCD线性增益调制激光雷达距离方程

2.3 双ICCD线性增益调制成像激光雷达的噪声分析

2.3.1 光电阴极噪声分析

2.3.2微通道板噪声分析

2.3.3 荧光屏噪声分析

2.3.4 CCD噪声分析

2.4 双ICCD线性增益调制成像激光雷达的精度分析

2.4.1双ICCD线性增益调制成像激光雷达的测距精度

2.4.2 分析影响测距精度的因素

2.4.3双ICCD线性增益调制测距精度公式中调制函数参数的研究

2.4.4单ICCD线性增益调制与双ICCD线性增益调制的精度比较

2.5 近距离目标下双ICCD线性增益调制成像系统测距精度分析

2.5.1 对于近距离目标研究 与 的关系

2.5.2 对于近距离目标研究 与 的关系

2.6 本章小结

第3章 双ICCD非线性增益调制成像系统的性能分析

3.1 引言

3.2 双ICCD正弦和指数增益调制下系统的距离方程和测距精度

3.2.1 双ICCD正弦增益调制下系统的距离方程和测距精度

3.2.2 双ICCD指数增益调制下系统的距离方程和测距精度

3.2.3双ICCD三种增益调制下测距精度的比较

3.3 双ICCD指数增益调制激光雷达的精度分析

3.3.1 双ICCD指数增益调制测距精度表达式中参数的研究

3.3.2 双ICCD与单ICCD指数增益调制下测距精度的比较

3.4 本章小结

第4章 指数增益调制成像系统测距精度的实验验证

4.1引言

4.2 双ICCD指数增益调制激光雷达实验系统

4.3 双ICCD指数增益调制激光雷达实验系统的定标

4.4 双ICCD指数增益调制成像激光雷达实验结果与分析

4.4.1 单ICCD指数增益调制成像激光雷达实验

4.4.2双ICCD指数增益调制成像激光雷达实验

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢