一、采用设备驱动的实时监测控制系统在激光雷达中的应用（论文文献综述）
席泽华[1]（2021）在《扫描激光雷达绝对角度高精度测量系统方案设计》文中研究说明激光雷达是一种能够利用激光对大气参数进行精确探测的现代高精度主动遥感探测仪器。扫描激光雷达探测精度往往受扫描角度精度的影响,为了使探测结果与实际的大气参数分布情况一致,扫描激光雷达在探测前还需要进行绝对角度较准。针对上述问题,对扫描激光雷达的绝对角度测量系统展开了研究。首先分析了现阶段几种主要的角度测量技术,其中包括绝对角度编码技术、径向辐射光栅角度测量技术和切向光栅角度测量技术,制定出了绝对角度高精度测量系统的总体方案,设计了绝对角度编码,其中关于绝对角度编码设计的关键问题,即本原多项式系数求解做出了详细阐述,给出了绝对角度编码的译码方法;根据设计要求,依据绝对角度编码尺寸对光源、准直聚焦透镜进行了设计,确定了用于编码图像识别的线阵CCD型号,综合考虑CCD型号以及绝对角度编码尺寸,利用ZEMAX设计仿真了成像光学系统,设计了 CCD信号采集模块,最后搭建了测试实验系统,能够准确读取光栅编码信息,并且计算出绝对角度值。对绝对角度高精度测量系统的误差进行分析,重点分析了主要误差成分-偏心误差对精度的影响,建立了偏心误差模型、偏心参数测量模型和偏心误差补偿模型,并且对其进行了仿真验证。经过实际误差补偿实验后,绝对角度测量系统的精度达到1’32"。根据现有的扫描激光雷达系统,设计出一套绝对角度测量系统在扫描激光雷达上的应用方案。将绝对角度测量系统安装在扫描激光雷达机架的转轴上,使其能够精确测量出激光雷达当前所扫描的角度,校正了现有的开环扫描系统,使其形成闭环控制。最后,进行了初步的实验观测,以回波信号较强的云层信息作为参考,分别对未进行角度校准和已进行角度校准的激光雷达回波信号进行比较。实验结果表明,进行角度校正之后的云层分布信息更加合理,说明绝对角度测量系统在激光雷达上有着良好的应用效果。
沈雪[2]（2021）在《高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验》文中研究表明大气气溶胶对地球的环境和气候影响显着,直接或间接地影响着人类的生产生活。开展大气气溶胶特性的高精度探测,不仅对厘清大气污染的成因、演化及传输机制有根本的指导作用,也对系统地研究气候气象有重要的科学意义。高光谱分辨率激光雷达（High-Spectral-Resolution Lidar,HSRL）具有时空分辨率高、理论探测精度准、信噪比强等优点,在气溶胶激光雷达探测领域相比典型的米散射激光雷达和拉曼激光雷达更具优势,也因此成为美国、欧洲、日本和我国竞相研发的星载激光雷达载荷。目前,大气HSRL仍然存在诸多需要攻克的关键技术和难点,围绕的一个核心问题就是“如何使HSRL高精度、稳定地探测大气光学特性”。因此,研制HSRL工程样机,并探索其性能优化方法,进而实现高精度稳定探测大气光学特性的功能,有利于推进未来研制成熟的HSRL仪器并走向广泛应用。本文从建立HSRL仿真模型出发,探究激光雷达探测机理,设计硬件系统参数,探索光谱鉴频器性能优化方法,提出仪器定标方案,开展外场实验观测与结果校验,最终总结出一套针对HSRL系统研制和大气气溶胶观测的全链路解决方案。本文主要研究内容如下:构建了基于蒙特卡罗（Monte Carlo,MC）方法的HSRL多波长多参数分析模型。为实现对HSRL从参数设计到数据反演的全过程验证,提出了激光雷达的系统响应近似模型,明确了系统响应对HSRL参数选择过程的影响,建立了基于MC仿真方法的分析模型。利用该分析模型,重点探讨了光谱鉴频器的鉴频性能及稳定性对反演精度的影响,并分析了通道增益比的波动对反演精度的影响,比较了不同波长下HSRL设计所面临的需求差异,为HSRL的系统参数设计和性能优化提供了重要依据。提出了针对HSRL光谱鉴频器的性能优化方法。鉴于光谱鉴频器的鉴频特性和稳定性能对反演精度的影响巨大,针对视场展宽迈克尔孙干涉仪（Field-Widened Michelson Interferometer,FWMI）和碘分子吸收池两类光谱鉴频器分别提出了气压调谐和碘吸收线选择两种优化设计方法。对于鉴频效果不稳定的干涉仪型光谱鉴频器,提出了利用气压调谐FWMI鉴频位置的方法,研制了 1064 nm气压调谐FWMI光谱鉴频器的原型样机,详细计算了气压调谐结构参数,并通过扫频定标实验与干涉臂长调谐FWMI进行了鉴频性能及稳定性比对,为设计鲁棒的近红外HSRL系统并推广至其他波长铺平了道路。对于在532nm处碘分子吸收池鉴频器具备多条碘吸收线的情况,提出利用带精英决策的快速非支配排序遗传算法直接对多目标规划问题进行求解的方法,比较了不同碘吸收线的鉴频性能优劣,为基于碘分子吸收池鉴频器的HSRL优化设计提供重要指导。提出了 HSRL重叠因子定标方法,完善了 HSRL参数定标和数据质量评估方案。由于激光雷达系统本身的复杂性,目前在激光雷达测量中很难对所有参数进行绝对的定标校准。为获取准确的激光雷达探测结果,本文从重叠因子定标、收发光轴对准、通道增益比评估、瑞利拟合验证、触发延迟校正、背景噪声测试等方面全面阐述了 HSRL的定标校准方法。针对地基激光雷达低空数据极大地受困于重叠因子的问题,本文面向HSRL提出了一种基于迭代优化思想的重叠因子定标方法,将获得结果与双视场HSRL系统探测的重叠因子进行比对,两者的平均相对误差为4.56%,证明可简洁、高效、精确地定标系统重叠因子。探讨了 HSRL探测结果校验方法,并对自研HSRL进行了探测数据定量比对校验。本文报道了研制成功的532 nm单波长HSRL工程样机和532 nm-1064 nm双波长HSRL原理性实验系统。两台系统与星载云和气溶胶偏振激光雷达、原位腔衰荡消光仪、微脉冲激光雷达、拉曼激光雷达以及太阳光度计等测量仪器所测结果进行定量比对,结果十分吻合。多种仪器的相互校验充分证明了自研HSRL具备高精度稳定获取大气光学特性的能力。两台系统先后在杭州、舟山和北京等地进行长时间的外场实验探测,通过对探测过程中的数据案例进行具体分析,初步探索了利用双波长气溶胶光学特性进行气溶胶类型识别的方法和应用。
徐沛拓[3]（2021）在《海洋激光雷达系统研制及典型探测结果》文中指出海洋环境信息的感知是保障海洋环境安全的基础,尤其是在当下全球生态环境问题日益凸显、极端天气不断增多的背景下,人们对全方位、高精度的海洋观测有了更迫切的需求,激光雷达便是一种重要的海洋观测工具。本文研究了集偏振、多视场、荧光和拉曼等多种信号探测能力于一体的高性能船载海洋激光雷达,并进行了信号仿真论证和系统定标校验,同时在中国近海、千岛湖等诸多典型水域中开展了外场实验及应用研究。本文工作贯通了海洋激光雷达的模型机理、仪器研制、反演算法与应用分析,为船载激光雷达观测海洋提供了全链路的解决方案,是未来发展星载海洋激光雷达的基础,对准确估算海洋碳通量、阐明海洋环境动态变化过程和机制,以及更准确地预估未来地球气候系统的变化趋势有重要的作用。本文的主要研究内容如下:开发了一套功能完善、性能稳定、操作便捷的多功能船载海洋激光雷达系统。从发射系统、接收系统和控制系统等方面全面解析了海洋激光雷达的一般性设计原则,历经三代更新,至今已发展为一套兼具米散射激光雷达、偏振激光雷达、荧光和拉曼激光雷达以及多视场激光雷达等功能的综合性海洋激光雷达系统,满足多样化的探测需求。从激光雷达探测原理入手,给出了兼容各种体制海洋激光雷达系统的设计方案;从激光雷达数据预处理出发,厘清了水体光学参数和生物参数的反演算法。海洋激光雷达仪器可快捷地部署于科考船,通过走航观测获得一系列的水体光学特性、生物特性垂直剖面,例如颗粒物后向散射系数、漫射衰减系数、退偏比和叶绿素a浓度等。构建了以解析模型和蒙特卡洛（Monte Carlo,MC）仿真为核心的海洋激光雷达多参数多体制辐射传输正演方法。激光在水体中传输时伴随着强烈的多次散射效应,相较于单次散射近似下的普通激光雷达方程,解析模型和MC仿真将多次散射考虑在内,构建了高效准确的海洋激光雷达回波信号正演模型,前者胜在仿真效率极高,后者胜在能够模拟最为接近真实情况的激光雷达信号。基于上述仿真手段,探讨了工作高度、接收视场角、水质和水体分层等因素对激光雷达弹性散射信号的影响,分析了平行偏振通道和正交偏振通道信号的变化特点,论证了由荧光拉曼信号比反演叶绿素a浓度的可行性。建立了仪器定标以及原位数据和正演模型相结合的海洋激光雷达信号精准校验的体系。从系统响应、背景偏置、时域偏移、增益非线性等方面阐述了海洋激光雷达仪器定标的必要性及可行性,对激光器和探测器固有性质、环境光干扰等因素造成的信号失真进行定标校正。基于原位仪器同步测量的水体参数,采用激光雷达方程、MC仿真、解析模型等正演方法对不同水质和不同接收视场角下的激光雷达回波信号和激光雷达反演结果进行定量化校验。融合贯通了多种水体光学及生物特性反演方法,并应用于千岛湖、东海和南海等典型水体的探测分析。针对复杂水体探测需求,单一算法难以实现各类目标特性的准确反演,本文综合了斜率法、扰动法、Fernald法、生物光学模型法、拉曼校正荧光法等光学特性和生物特性反演方法,并结合原位仪器数据和水色卫星数据,对典型水体的生物光学特性进行了全面的对比、验证和分析。对夏季千岛湖全域水体进行了走航观测,探讨了这一典型内陆水体受局部气象事件以及地表径流的影响过程;在东海、南海进行了长距离跨度的走航观测,对浙闽粤沿海、珠江口和琼东三大区域的水体特性有了连续、全面的观测数据,并对走航过程中发现的散射层次分布特征进行了具体分析。综上,本文从系统设计、仿真论证、定标校验以及实验应用等方面全方位介绍了一套多功能船载海洋激光雷达系统的研制过程,该仪器在千岛湖、东海、南海等走航观测实验中展现出了准确性、可靠性和稳定性,本研究对推进海洋激光雷达的实用化、进一步构建全球上层海洋三维观测体系具有重要意义。
杨静[4]（2021）在《基于双边带调制的脉冲压缩相干激光雷达技术研究》文中研究表明传统激光雷达利用从目标反射、未调制的超短光脉冲的飞行时间（Time-of-flight,TOF）来测距,通过相邻脉冲间的距离差分来测速。为了在远距离测量时实现高精度（Precision）和高灵敏度,许多TOF激光雷达系统使用具有低重频和极高峰值功率的超短脉冲激光器。该系统主要有以下三大缺陷:高峰值功率激光脉冲会逐渐损坏各光学装置从而缩短系统寿命;考虑到安全性使用场景受限;该系统只能测量差分时间内的平均速度,实时性差。而在此基础上发展起来的光子计数激光雷达虽然在高峰值功率方面有所改善,但与相干探测体制相比仍然较高,且同样主要应用于测距,难以实时测速。基于调制的调频连续波（Frequency-modulated continuous wave,FMCW）相干激光雷达,可以一定程度上克服高峰值功率的缺陷,也可以对目标实时测距测速。但以光混频为例,此方案通过回波与本地扫频的拍频得到的电信号的频率来获得目标距离速度信息,因而只能利用在一个扫频周期中二者在时间上的重叠部分,目标距离越远、重叠时间越少、信号能量利用率越低。而脉冲压缩相干激光雷达没有以上限制。此方案的本振光未经过调制,将回波光与本振光拍频,得到完整扫频电信号,然后通过匹配滤波将其在时域上压缩成窄脉冲,通过压缩窄脉冲的位置得到目标的距离速度信息。这种方案的峰值功率要求不高,通常为m W或W级;可以对目标实时测距测速;能量利用率不受回波与本振在一个扫频周期内的重叠时间限制。目前,几乎所有关于脉冲压缩相干激光雷达的文献报道均是基于单边带调制。在单边带调制方案中,为了保证测速能力,通常需要调制信号上扫频和下扫频即三角扫频,而三角扫频的归一化旁瓣相比上扫频高约10d B,限制了系统灵敏度,也即限制了信噪比,进而限制测量精度、测量距离。为了解决这个问题,本文提出了基于双边带调制的脉冲压缩相干激光雷达系统,该系统只需上扫频即可同时具有测距测速能力,避免了三角扫频中的高旁瓣问题,从而提高系统灵敏度。首先,本论文对脉冲压缩相干激光雷达基本原理进行详细介绍,理论、仿真分析脉冲压缩测距测速原理,分析各参数如脉冲长度、采样率、相位差的影响,确立希尔伯特变换求包络的信号处理方案,仿真分析比较三角扫频与上扫频的归一化旁瓣,证明三角扫频的旁瓣相比上扫频平均低约10d B。其次,搭建了基于双边带调制脉冲压缩相干激光雷达实验平台,以转盘模拟运动目标,证明该系统只需上扫频即可对运动目标实时测距测速。从电光调制原理出发,结合搭建的激光雷达系统,完善基于双边带调制脉冲压缩相干激光雷达对运动目标的测距测速原理推导。随后以转盘完成了测距测速实验:详细分析系统信噪比、探测阈值的计算方法,通过多次测量取统计标准差的方法衡量系统测距测速精度,结果证明其量级与理论值相符合,并试验测量了系统灵敏度。最后仿真分析了目标运动速度对压缩增益的影响。然后,针对目标静止时,回波光与本振光的随机相位差引入的探测概率、测量精度下降问题,在原系统加入90°光桥接器加以解决,并以走廊尽头的白色漆墙为目标对改进后的系统进行实验验证。实验结果证明,通过I、Q信号的合并基本解决了随机相位差的影响,提高了探测概率、测距精度。改进后的系统同时具备测量运动目标和静止目标的能力。随后,对系统做优化,确定出光模式、光斑半径、采样设备分辨率等参数,通过对信号也加窗进一步降低旁瓣来提高系统灵敏度。优化后,该系统测量到城市中约856m和5726m处建筑物,验证了系统的远程测量能力,仿真分析并实验验证了目标相对平台微振动带来的影响。由于微振动目标理论上也可以将其看成运动目标,所以一定程度上也验证了该系统对远距离运动目标实时测距测速能力。最后,完成了基于双边带调制脉冲压缩相干激光雷达系统的三维扫描成像能力实验验证。对约856-987m范围的城市中常见建筑物完成扫描成像,展示该系统对建筑物整体、细节等成像能力。综上所述,本文提出的基于双边带调制的脉冲压缩相干激光雷达系统具备对自由空间远距离硬目标的实时测距测速能力,同时具备对目标的三维扫描成像能力,为相关军用、民用应用场景提供了完整的技术思路和理论支撑。
权晓[5]（2021）在《激光扫描振镜控制系统研究》文中指出振镜扫描系统具有抗电磁干扰能力强、扫描速度快、重复定位精度高等优势,是激光雷达扩束的核心组件之一。目前振镜扫描系统仍存在成本高、扫描频率低、重复定位精度不佳等问题。本文针对激光雷达扫描应用场景设计研发一款激光扫描振镜控制系统,实现激光扫描振镜周期性强、高精度、高速稳定控制。本文的主要研究内容如下:（1）深入分析激光扫描振镜的结构与工作原理,建立扫描机构与位置反馈光路数学模型,并在系统数学模型的基础上提出了基于双闭环控制的激光扫描振镜控制算法。（2）针对激光扫描振镜系统中高动态特点和高抗扰需求,提出了基于自抗扰控制的高性能激光扫描振镜控制算法;为方便参数整定和算法移植,本文还完成了自抗扰控制器的线性化设计。基于Scilab/Xcos的仿真验证表明上述二种算法有效提高了系统的扫描性能和抗扰动能力。（3）根据激光扫描控制系统原理与方案,提出激光扫描控制系统架构,实现了位置反馈计算子系统、电机控制子系统的软硬件设计,完成了激光扫描振镜控制系统样机设计与制作;采用Labview完成了参数整定上位机软件设计,该软件可对激光扫描控制系统进行参数整定与数据回放。通过搭建的激光扫描振镜实验平台,对激光扫描控制系统原理样机完成了测试。经连续运行扫描测试与抗扰动测试,激光扫描振镜控制系统样机运行良好,扫描线性度较高,体现出良好的抗扰动性能,整体鲁棒性较高,达到了系统预期设计目标。
景旭阳[6]（2021）在《相干多普勒测风激光雷达回波特性及风速估计算法研究》文中认为相干多普勒测风激光雷达是海洋大气风场测量的重要工具,其能够连续、实时、准确地获取风场数据,具有测量精度高、实时性强等优点,在海上风能利用及环境监测等方面有着重要应用。相干多普勒测风激光雷达测量海洋大气风场时,接收到的是气溶胶的后向散射信号,由于气溶胶组成及特性会受到地域、气候、环境等因素的影响,从而导致接收的散射回波信号也有着差异。本文研究了在海洋大气条件下,不同海洋气溶胶下测风激光雷达回波信号特性,并针对回波信号低信噪比的特点,对风速信号处理算法性能做了详细分析,这对于提高风速估计精度和确定在不同气溶胶环境中的测风激光雷达参数有着重要参考意义。论文首先从相干多普勒测风激光雷达的原理出发,对多普勒信号的三种外差探测方式进行了介绍,重点对外差探测的信噪比进行了分析,对于测风激光雷达而言存在一个最优本振光功率使得探测系统信噪比最大,最优本振光功率的取值与回波信号光功率无关,从而在对不同气溶胶回波特性进行分析时,对本振光功率的取值奠定基础。随后采用OPAC（Optical Properties of Aerosols and Clouds）软件包中内置的气溶胶数据和 MaexPro（Marine Aerosol Extinction Profiles）模型数据,对三种不同环境因素下（风速、风区长度、湿度）海洋气溶胶物理性质做了比较,并利用已有测风激光雷达参数对回波信号特性进行了分析。研究发现消光系数和后向散射系数在风区长度较小时（沿海条件）,随着风速的增大而减小;风区长度较大时（海洋条件）,随着风速的增大而增大。回波信号功率在大风区长度（60km）下,当风速增大到15m/s时,相比于小风区长度（2km）,功率大约增大了一个数量级,信噪比大约增大了 10dB。为了从低信噪比的测速回波信号准确的提取风速信息,需要采用风速估计算法对风速进行估计。常用的风速估计算法都是基于发射激光为理想的高斯发射脉冲形状。然而,对于实际的相干多普勒测风激光雷达,激光脉冲形状也满足洛伦兹、矩形和双曲正割分布。所以本文基于频域数学模型和基于Kolmogorov湍流机制模型,模拟了在不同脉冲形状下的测风激光雷达的回波信号。首先,介绍了信号模型和实相关随机风场生成算法。分析推导了最大似然离散谱峰值估计（ML DSP）算法在不同脉冲形状下的克拉美罗下界（CRLB）,并与精确的CRLB进行了比较。其次,采用ML DSP算法对相干多普勒测风激光雷达的测速回波信号进行处理,并通过计算机进行蒙特卡洛计算,对不同信号模型下的信噪比、风速精度和探测概率之间的关系进行了仿真和总结。模拟分析结果表明,在脉冲形状为双曲正割分布时,CRLB最小,矩形分布最大;对于双曲正割分布,MLDSP算法的性能表现最好,而洛伦兹分布的性能最差。要满足探测概率在80%以上,在湍流强度较大的情况下,脉冲形状为双曲正割时所需信噪比最大（-16dB）。仿真结果可为实际的相干多普勒测风激光雷达选择合适的脉冲形状和信噪比提供参考。
钱立勇[7]（2021）在《高光谱成像激光雷达光纤阵列焦面分光技术》文中研究表明随着激光雷达技术在遥感和测绘领域的不断发展,实现对地物目标空间高程信息和光谱信息一体化同步获取与识别应用,是激光雷达在遥感测绘领域的发展趋势。目前的主要技术手段中,激光雷达测距可以获得地物目标的空间高程信息,被动高光谱成像可以获得丰富的光谱信息,但两种技术手段不能同时获取空间高程信息和光谱信息。然而在高光谱成像激光雷达系统中,地物的高光谱信息和高程信息来自同一个足印点,将它们结合能够实现对地物信息的精准探测。针对目前主、被动遥感探测技术的优势和缺陷,论文的主要研究内容是基于光纤阵列焦面分光技术,设计了一套机载高光谱成像激光雷达接收系统。该系统目前可以实现距离目标物500米远处、光谱波段在500-800nm范围内的全天时光谱探测。继续完善雷达系统的光机集成,可以进一步提高系统的探测能力。高光谱成像激光雷达接收系统的设计、系统的扫描方式、系统的标定和初步的性能测试是论文研究工作的重点。论文的研究工作具体包括以下几个方面:1.综述了高光谱成像激光雷达的应用领域和研究意义。针对当前高光谱成像激光雷达的技术难点,基于光纤阵列焦面分光技术,设计了一套机载高光谱成像激光雷达系统。实现了宽谱段回波信号的多通道分光和高效耦合,充分发挥了高光谱激光雷达的探测优势。2.相比较于传统的单波长激光雷达,高光谱成像激光雷达系统是一种全新的对地观测技术。将高光谱成像激光雷达系统测量获得的光谱信息应用于地物分类等任务之前,在实验室完成了该系统的光谱标定,初步确定了系统各个通道的中心波长和带宽。同时,给出了可以完成系统辐射标定工作的理论方法。在外场试验的过程中依据该方法,给出了一种利用标准白板就可以直接完成系统辐射标定的方法。3.扫描系统是高光谱成像激光雷达的重要组成部分。论文主要介绍了目前普遍采用的多面体转镜扫描、振镜扫描、圆锥扫描三种扫描系统。对各种扫描方式的轨迹进行了理论推导,结合机载平台实际的飞行航迹,得出了发射激光扫描轨迹与扫描方式的关系。以四面体转镜为例,将转镜的实际扫描轨迹与机载高光谱激光雷达的飞行参数相结合,得到了飞行参数和扫描系统共同作用下的地物目标扫描轨迹和对应的参数指标。最终设计了一种适用于高光谱成像激光雷达系统的圆锥扫描方式。4.完成了高光谱成像激光雷达接收系统的地面静态性能测试,接收系统的性能测试是高光谱成像激光雷达在机载飞行试验之前最重要的准备工作。性能测试证明了系统样机达到了预先设计的指标参数要求。同时,针对性能测试中发现的问题,制定了下一步详细的改进方案。
申光跃[8]（2021）在《近红外单光子成像技术研究》文中提出激光雷达是一种主动测距成像系统,能够直接获取目标的三维信息。得益于其高精度、高分辨率、远距离、低功耗的优势,激光雷达被广泛应用于地形地貌测绘、机器视觉、无人驾驶、林业管理、城市三维建模、军事探测与防御等领域。近年来随着单光子探测技术的发展,基于单光子探测的激光雷达（单光子雷达）成为一项具有重要应用价值的研究。与普通激光雷达相比,单光子雷达具备超高的探测灵敏度,可以实现更远的工作距离。为了满足实际应用的需求,高成像速率、高分辨率、远距离量程成为单光子雷达的重点研究方向。本论文基于单光子探测技术,使用人眼损伤阈值较高的近红外激光,旨在解决现有单光子雷达成像速率低和点云数据率低的不足,利用单光子探测器超高的探测灵敏度,拓展工作距离,提高成像速率,研制可应用于机器视觉、机载对地测绘、大气监测、军事打击与防御等领域的小型化单光子三维成像系统。论文的创新点如下:1)采用1550 nm激光脉冲和GHz InGa As/InP准连续单光子探测器,研制了小型机载单光子扫描成像系统。并且针对高背景噪点,提出光子计数粗剔噪算法,成功开展了4次机载对地测高实验,实现了地面目标的三维点云探测。2)设计1550 nm单光子测云系统,采用两个重复频率的激光脉冲将系统的有效工作距离拓展了19倍,成功探测到17 km高度的云层回波信号。该单光子测云系统在测距精度、累积时间、工作距离指标上超越典型的激光测云雷达产品。3)提出自选通单光子扫描成像方法,采用连续扫描方式提高成像速率,使用双重复频率激光脉冲拓展成像系统的有效工作距离,更重要的是利用双重频高抑制的剔噪,从而实现信号距离门自适应选通,将信噪比从-1.72 dB提高到5.91 dB。从而实现了高速率的单光子雷达,点云速率达到1.3×105 cps。
陈东鹏[9]（2021）在《林业背包式激光雷达多传感器集成系统及数据融合的研究》文中研究说明近年来,随着遥感技术的日益发展和成熟,尤其是大区域森林制图、灾害监测等方面的应用,特别是三维激光雷达扫描系统的广泛应用,根据地基激光雷达中的背包式激光雷达系统当前研究现状,本文研发一种适用于林业测量环境下的背包式激光雷达多传感器（激光雷达探头、GNSS、IMU、CCD、双目相机等）集成系统,结合多传感器数据融合技术构建林木参数采集体系,提高林木参数采集的精准度,促进林业信息化和林业科学化管理发展。研究结果如下:（1）分析林业背包式激光雷达多传感器集成系统的背景和意义,以及进行多传感器数据融合的重要意义,总结了多传感器数据融合的国内外研究现状以及数据融合算法概述。进行林业背包式激光雷达多传感器集成系统的硬件构建,系统各传感器的选型、技术指标组成以及硬件驱动。实现林业背包式激光雷达多传感器集成系统的软件设计,完成系统硬件和软件的配合,软件方面的集成处理和控制处理,软件部分的设计,主要包括人机界面设计、嵌入式开发环境的搭建、软件主要功能的实现。（2）使用林业背包式激光雷达多传感器集成系统提取的人工林株数和胸径参数,采集精度要达到平原地区≥90%、山区≥85%,系统在50m测距精度误差≤30mm。为了达到这一要求,研究基于无迹卡尔曼滤波算法的数据融合实现,结合林业背包式激光雷达多传感器集成系统平台运用和点云数据以及当前的位置和姿态信息,获得非线性量测方程更新。并结合UKF和滤波器目标运动模型得到目标状态估计,最后完成系统测试,验证使用的可靠性和实用性,提高了系统多传感器数据融合精度。（3）确定林业背包式激光雷达多传感器集成系统的安装方式,在原有技术的基础上进行优化,使系统更具灵活性、便携性的特点,拆卸式连接结构使本系统维护维修成本更低。综上所述,对林业背包式激光雷达多传感器集成系统各传感器进行构建、选型、技术指标组成以及硬件驱动,设计出林业背包式激光雷达多传感器集成系统,该系统具有稳定性、同步性、精度高、灵活性的特点,通过融合多传感器的数据来改善采样精度,选取该算法能在保证较高滤波精度和稳定性的同时大大减少了计算量,实地参数提取测试验证了系统的稳定性和精准性。
闫文兵[10]（2020）在《大气探测激光雷达激光状态参数监测与频率控制技术研究》文中研究指明激光系统是大气探测激光雷达的核心组成单元,大气探测激光雷达探测功能和探测性能的不断发展高度依赖于激光系统的性能,致使其组成越来越复杂,对其指标精度、工作稳定性和智能化程度的要求也越来越高。特别是对复杂的激光雷达系统智能化自动运行,是促进大气探测激光雷达应用推广的关键。本文的主要研究工作和创新点是:（1）提出了一种简洁实用的多通道激光能量同时监测方法,并实验实现了多通道、多波长脉冲和连续激光能量的同时监测;（2）在此基础上,提出一种基于原子鉴频脉冲激光能量监测的智能稳频技术方案,并开展了实验研究,研究结果有效提升了激光系统工作稳定性和指标精度,为激光雷达在复杂外场环境下运行,提供了重要保障。具体研究工作如下:为提高激光雷达的探测性能、实现多参数同时探测等目的,通常会采用倍频、稳频、调Q、脉冲放大等技术,这些技术的使用使得激光传输环节多,任意一处激光参数的变化都会对激光雷达的探测结果产生影响。因此,在激光雷达运行中,需要对多个环节同时进行监测,监测数据可以为激光雷达数据反演、激光雷达运行状态实时诊断等提供重要信息。然而,大气探测激光雷达采用脉冲激光作为发射激光,脉冲时间约为10ns,重复频率低。这使得对大气探测激光雷达激光状态参数的监测变得非常困难。本文基于大气探测激光雷达,开展了脉冲激光能量变化监测技术的研究,并提出了多通道脉冲激光能量变化监测方法,研制出了用于激光雷达脉冲激光能量变化监测的多通道脉冲激光能量变化监测装置,将该装置应用于全高程全天时大气探测激光雷达,实现了对全高程全天时激光雷达出射激光多个参数的同时监测。在此基础上,利用多通道脉冲激光能量变化监测中的一个通道,搭建了基于原子鉴频器的脉冲染料激光频率检测与控制装置,实现了对脉冲染料激光器的频率控制。从而初步形成了脉冲激光的监测体系。最后对多通道单冲激光能量变化监测装置的推广应用进行了展望。（1）进行了脉冲光信号监测技术的调研分析,介绍了各种脉冲光信号探测器及其采集电路。分析了使用点探测器对激光单个脉冲光进行测量时,随机误差大;采用面阵探测进行监测时,利用面探测器上的多个点探测器可以有效减小测量误差。对光电二极管、光电池、热释电探测器、光电倍增管固态光电倍增管以及CCD和CMOS的工作原理和对单脉冲光信号数据采集电路进行了介绍。提出进行单脉冲光信号测量时采用CMOS做探测,可使得单脉激光测量信噪比高,测量误差小。（2）为实现大气探测激光雷达激光发射单元多参数同时监测,本文提出了多通道脉冲激光能量变化监测方法,并研制了用于激光雷达系统的多通道脉冲激光能量变化监测装置。该装置采用定制的多合一光纤束对待测激光进行分布式采样,多合一光纤束出射端不进行熔接而是并排放置在一起,形成光纤束的出射端面,使得从空间上可以区分,各根光纤采样光通过消色差透镜成像在CMOS感光面上,根据光斑的位置,对CMOS感光面上的光敏单元分块,每块对应一个监测通道。设计了基于LabVIEW的数据采集软件,实现了对多个监测通道的数据进行并行快速采集。最后将该装置应用于全高程全天时大气探测激光雷达,实现了对全高程全天时激光雷达中1064nm、532nm、589nm以及ASE光的能量变化的实时监测,并通过计算得到了倍频晶体SHG2的倍频效率以及脉冲染料激光器的转化效率。（3）提出了一种原子鉴频机制的脉冲激光稳频方法,并在上述实验的基础上,利用多通道脉冲激光能量变化监测中的一个通道,搭建了基于原子鉴频器的脉冲燃料激光稳频装置,设计了脉冲染料激光器稳频控制软件,实现了脉冲燃料激光器的稳频。从而初步形成了脉冲激光的监测体系。最后对多通道单脉冲激光能量变化监测装置的推广应用进行了展望。
二、采用设备驱动的实时监测控制系统在激光雷达中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、采用设备驱动的实时监测控制系统在激光雷达中的应用（论文提纲范文）
（1）扫描激光雷达绝对角度高精度测量系统方案设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究意义及背景 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.3 主要研究内容及目标 |
| 2 扫描激光雷达的绝对角度测量 |
| 2.1 扫描激光雷达原理 |
| 2.2 扫描激光雷达的绝对角度校准 |
| 2.3 绝对角度测量技术 |
| 2.3.1 多码道角度测量 |
| 2.3.2 单码道角度测量 |
| 2.4 莫尔条纹测角技术 |
| 2.4.1 径向光栅辐射莫尔条纹 |
| 2.4.2 切向光栅莫尔条纹 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 绝对角度高精度测量系统设计 |
| 3.1 系统方案设计 |
| 3.2 绝对角度编码设计 |
| 3.2.1 绝对角度编码生成方法 |
| 3.2.2 二元域内本原多项式系数求解 |
| 3.2.3 绝对角度编码的译码方法 |
| 3.3 光学系统设计 |
| 3.3.1 LED阵列设计 |
| 3.3.2 准直聚焦透镜设计 |
| 3.3.3 成像光学结构参数确定 |
| 3.3.4 成像光学系统的仿真与优化 |
| 3.4 线阵CCD信号采集模块设计 |
| 3.4.1 TCD1304驱动时序分析 |
| 3.4.2 TCD1304驱动模块设计 |
| 3.4.3 滤波处理与A/D转化 |
| 3.5 实验系统搭建与测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 误差分析 |
| 4.1 绝对角度测量系统的误差分析 |
| 4.2 偏心误差的测量与补偿 |
| 4.2.1 偏心误差对精度的影响 |
| 4.2.2 偏心参数的测量 |
| 4.2.3 偏心误差的补偿 |
| 4.3 偏心误差补偿方法的仿真验证 |
| 4.4 误差测量与补偿 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 绝对角度测量系统在扫描激光雷达中的应用 |
| 5.1 应用方案 |
| 5.2 应用实验系统 |
| 5.3 实验观测 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
（2）高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 激光雷达大气气溶胶探测理论基础 |
| 1.2.1 大气光散射特性 |
| 1.2.2 米散射激光雷达结构与基本原理 |
| 1.2.3 拉曼激光雷达结构与基本原理 |
| 1.2.4 HSRL结构与基本原理 |
| 1.3 高光谱分辨率激光雷达的发展历史及国内外研究现状 |
| 1.3.1 HSRL技术的提出与发展 |
| 1.3.2 光谱鉴频器初始探索阶段 |
| 1.3.3 光谱鉴频器应用阶段 |
| 1.3.4 光谱鉴频器性能优化阶段 |
| 1.4 本论文的主要研究内容及创新点 |
| 1.4.1 本文的主要研究内容 |
| 1.4.2 本文的创新点 |
| 2 高光谱分辨率激光雷达系统设计 |
| 2.1 高光谱分辨率激光雷达系统反演方法 |
| 2.2 高光谱分辨率激光雷达系统仿真 |
| 2.2.1 激光雷达系统响应匹配 |
| 2.2.2 激光雷达回波信号模拟 |
| 2.2.3 光谱鉴频器在可见光HSRL中的应用分析 |
| 2.2.4 光谱鉴频器在近红外光HSRL中的应用分析 |
| 2.2.5 定标参数稳定性讨论 |
| 2.3 高光谱分辨率激光雷达系统设计方案 |
| 2.3.1 整体结构设计 |
| 2.3.2 发射系统 |
| 2.3.3 接收系统 |
| 2.3.4 探测采集系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 高光谱分辨率激光雷达鉴频技术研究 |
| 3.1 碘分子吸收池光谱鉴频器碘线选择技术 |
| 3.1.1 光谱鉴频特性 |
| 3.1.2 基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法参数优化设计 |
| 3.1.3 灵敏度分析 |
| 3.2 气压调谐视场展宽迈克尔孙干涉仪光谱鉴频器技术 |
| 3.2.1 光谱鉴频特性 |
| 3.2.2 FWMI实际结构与气压调谐设计 |
| 3.2.3 FWMI稳定性评估 |
| 3.3 高光谱分辨率激光雷达光谱鉴频器定标与探测实验 |
| 3.3.1 基于碘分子吸收池的HSRL的定标实验 |
| 3.3.2 基于FWMI的HSRL定标实验 |
| 3.3.3 HSRL探测结果对比 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 高光谱分辨率激光雷达定标校准技术研究 |
| 4.1 重叠因子定标 |
| 4.1.1 重叠因子基础理论 |
| 4.1.2 IGD定标方法 |
| 4.1.3 MC仿真验证 |
| 4.1.4 双视场HSRL系统实验验证 |
| 4.2 通道增益比定标 |
| 4.2.1 偏振通道增益比 |
| 4.2.2 分子通道增益比 |
| 4.2.3 瑞利拟合验证 |
| 4.3 其余反演所需参数的定标研究 |
| 4.3.1 触发延迟测试 |
| 4.3.2 探测采集系统动态范围测试 |
| 4.3.3 电路背景噪声测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 高光谱分辨率激光雷达仪器验证与气溶胶探测外场实验 |
| 5.1 高光谱分辨率激光雷达仪器校验 |
| 5.1.1 比对仪器与方法 |
| 5.1.2 与拉曼激光雷达和太阳光度计比对结果 |
| 5.1.3 与CALIOP、MPL和CRD AES比对结果 |
| 5.2 高光谱分辨率激光雷达气溶胶探测外场实验 |
| 5.2.1 外场实验说明 |
| 5.2.2 外场实验探测结果展示 |
| 5.3 大气气溶胶类型识别应用 |
| 5.3.1 气溶胶类型识别基础 |
| 5.3.2 城市气溶胶探测与分类 |
| 5.3.3 沙尘与海洋气溶胶探测与分类 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本文的主要工作总结 |
| 6.2 下一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间的主要研究成果 |
（3）海洋激光雷达系统研制及典型探测结果（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 本论文的主要研究内容和结构安排 |
| 1.4 本论文的主要创新点 |
| 2 海洋激光雷达的总体设计 |
| 2.1 海洋激光雷达通用结构 |
| 2.2 海洋激光雷达方程 |
| 2.3 海洋激光雷达仪器设计 |
| 2.4 海洋激光雷达的数据处理 |
| 2.4.1 数据预处理 |
| 2.4.2 水体光学参数与生物参数的反演 |
| 2.4.3 激光雷达系统控制与数据处理软件 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 海洋激光雷达信号的仿真分析 |
| 3.1 海洋激光雷达探测目标的特点 |
| 3.1.1 水体的主要成分 |
| 3.1.2 水体的光学特性 |
| 3.2 水下激光传输的正演模型 |
| 3.2.1 激光雷达信号的解析模型 |
| 3.2.2 激光雷达信号的MC仿真 |
| 3.3 海洋激光雷达信号的仿真结果 |
| 3.3.1 多视场弹性散射信号的仿真 |
| 3.3.2 偏振信号的仿真 |
| 3.3.3 荧光和拉曼信号的仿真 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 海洋激光雷达仪器定标与校验 |
| 4.1 海洋激光雷达仪器的定标 |
| 4.2 海洋激光雷达回波信号的校验 |
| 4.2.1 不同水质下的校验结果 |
| 4.2.2 不同接收视场角下的校验结果 |
| 4.2.3 偏振信号的校验结果 |
| 4.3 海洋激光雷达反演光学参数的校验 |
| 4.3.1 不同水质下的校验结果 |
| 4.3.2 不同接收视场角下的校验结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 在内陆水体的典型实验及分析 |
| 5.1 千岛湖概况及水体特性 |
| 5.2 千岛湖实验航次 |
| 5.3 观测结果的时空分布特征 |
| 5.3.1 光学参数的观测结果 |
| 5.3.2 叶绿素a浓度的观测结果 |
| 5.4 激光雷达与原位仪器数据对比 |
| 5.4.1 荧光信号与叶绿素a浓度的关系 |
| 5.4.2 光学特性剖面与叶绿素a浓度的关系 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 在中国近海的典型实验及分析 |
| 6.1 实验区域及航次介绍 |
| 6.2 观测结果 |
| 6.2.1 浙闽粤近海观测 |
| 6.2.2 珠江口“S”型观测 |
| 6.2.3 琼东“S”型观测 |
| 6.2.4 石梅湾昼夜观测 |
| 6.2.5 与原位仪器数据的对比 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 本论文完成的工作总结 |
| 7.2 下一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间主要科研成果 |
（4）基于双边带调制的脉冲压缩相干激光雷达技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 脉冲压缩相干激光雷达的国内外研究现状 |
| 1.2.1 模拟脉冲压缩相干激光雷达国内外研究现状 |
| 1.2.2 数字脉冲压缩相干激光雷达国内外研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第2章 脉冲压缩相干激光雷达 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 脉冲压缩测距原理 |
| 2.3 脉冲压缩数值仿真 |
| 2.4 基于单边带调制脉冲压缩相干激光雷达测距测速原理 |
| 2.4.1 相位差的影响及解决 |
| 2.4.2 测距测速原理 |
| 2.4.3 上扫频与三角波扫频的旁瓣 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 双边带脉冲压缩相干激光雷达对目标测距测速 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于双边带调制脉冲压缩相干激光雷达测距测速原理 |
| 3.2.1 电光调制器双边带调制原理 |
| 3.2.2 测距测速原理 |
| 3.3 基于双边带调制脉冲压缩相干激光雷达测距测速实验 |
| 3.3.1 系统介绍 |
| 3.3.2 信号采集与处理 |
| 3.3.3 系统灵敏度测试 |
| 3.4 目标运动速度对压缩增益的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 双边带脉冲压缩相干激光雷达相位分集改进 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 90°光桥接器的原理与相位分集 |
| 4.3 实验验证相位分集提高探测概率 |
| 4.3.1 系统介绍 |
| 4.3.2 信号采集 |
| 4.3.3 信号合并 |
| 4.3.4 测距精度和探测概率 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 双边带脉冲压缩相干激光雷达系统优化及远程测量 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统优化 |
| 5.2.1 出光模式 |
| 5.2.2 幅度分辨率 |
| 5.2.3 对信号加窗 |
| 5.3 远程测量实验 |
| 5.3.1 串扰被截断的影响 |
| 5.3.2 目标微振动的影响 |
| 5.3.3 大气湍流的影响 |
| 5.3.4 累加提高探测性能 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 双边带脉冲压缩相干激光雷达三维扫描成像 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 三维成像体制 |
| 6.3 扫描三维成像实验 |
| 6.3.1 系统参数 |
| 6.3.2 扫描目标 |
| 6.3.3 扫描轨迹 |
| 6.3.4 数据处理 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.1.1 主要完成工作 |
| 7.1.2 内容小结 |
| 7.2 论文创新性说明 |
| 7.3 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（5）激光扫描振镜控制系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究状况 |
| 1.2.1 激光扫描振镜控制系统国内外研究状况 |
| 1.2.2 先进控制策略的发展 |
| 1.3 论文研究目的与意义 |
| 1.4 本文内容安排 |
| 2 激光扫描振镜控制系统总体设计及数学模型 |
| 2.1 激光扫描振镜控制系统总体设计 |
| 2.1.1 系统设计目标 |
| 2.1.2 激光扫描振镜及其控制系统架构 |
| 2.1.3 激光扫描振镜控制逻辑 |
| 2.2 激光扫描振镜系统数学模型 |
| 2.2.1 振镜驱动数学模型 |
| 2.2.2 位置反馈模型 |
| 2.3 激光扫描振镜的闭环控制方法 |
| 2.4 小结 |
| 3 基于自抗扰控制的高性能振镜控制律设计 |
| 3.1 自抗扰控制器的原理和结构 |
| 3.1.1 跟踪-微分器 |
| 3.1.2 扩张状态观测器 |
| 3.1.3 非线性误差反馈 |
| 3.2 激光扫描振镜自抗扰控制器设计 |
| 3.3 基于Scilab的一阶ADRC仿真与对比 |
| 3.4 线性自抗扰控制器 |
| 3.5 LADRC 控制器与NLADRC 控制器性能比较 |
| 3.6 小结 |
| 4 激光扫描振镜控制系统硬件系统设计 |
| 4.1 硬件系统主框架 |
| 4.2 PSD传感器调理电路设计 |
| 4.2.1 PSD传感器原理 |
| 4.2.2 PSD传感器模拟信号处理电路设计 |
| 4.3 位置反馈计算子系统硬件设计 |
| 4.3.1 主要芯片选型 |
| 4.3.2 主控制器最小系统设计 |
| 4.3.3 基于AD7606 的高精度采样模块设计 |
| 4.4 电机驱动子系统硬件设计 |
| 4.4.1 有刷电机驱动原理 |
| 4.4.2 主要芯片选型 |
| 4.4.3 基于DRV8842 的全桥电机驱动电路设计 |
| 4.4.4 电流采样电路设计 |
| 4.4.5 上位机通信接口设计 |
| 4.5 高速板间通信接口设计 |
| 4.6 电源电路设计 |
| 4.7 小结 |
| 5 激光扫描振镜控制系统软件设计 |
| 5.1 振镜控制系统软件框架 |
| 5.2 位置反馈计算子系统软件设计 |
| 5.3 电机驱动子系统软件设计 |
| 5.3.1 控制逻辑切换模块 |
| 5.3.2 基于LADRC的电机控制模块软件 |
| 5.4 高速板间通信软件设计 |
| 5.4.1 接收软件设计 |
| 5.4.2 校验软件设计 |
| 5.5 上位机辅助调试软件 |
| 5.6 小结 |
| 6 振镜控制系统样机设计与运行测试 |
| 6.1 样机试制与测试平台搭建 |
| 6.2 激光扫描振镜控制系统样机测试 |
| 6.3 小结 |
| 7 研究总结与展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（6）相干多普勒测风激光雷达回波特性及风速估计算法研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 海洋大气测风激光雷达国内外研究现状 |
| 1.3 风速信号处理发展历程 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 第二章 相干多普勒测风激光雷达理论研究 |
| 2.1 相干多普勒测风激光雷达基本原理 |
| 2.2 多普勒信号探测方式 |
| 2.2.1 相干探测 |
| 2.2.2 平衡外差探测 |
| 2.2.3 双平衡外差探测 |
| 2.3 外差探测信噪比分析 |
| 2.4 测风激光雷达波段选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 海洋大气测速回波特性 |
| 3.1 海洋大气激光传输特性 |
| 3.2 海洋气溶胶物理特性分析 |
| 3.2.1 不同模型下谱分布特征 |
| 3.2.2 湿度对气溶胶粒子复折射率影响 |
| 3.3 海洋气溶胶下回波信号模拟 |
| 3.3.1 消光系数和后向散射系数求解 |
| 3.3.2 回波信号模拟结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 海洋风速信号处理算法及仿真模型 |
| 4.1 海洋风速多普勒信号数学模型 |
| 4.1.1 基于频域的数学模型 |
| 4.1.2 基于Kolmogorov湍流机制模型 |
| 4.2 海洋风速信号处理技术 |
| 4.2.1 风速估计算法 |
| 4.2.2 风速信号处理方案 |
| 4.3 风速估计误差评估 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 大气湍流对风速估计算法影响 |
| 5.1 海洋大气湍流随机风场建立 |
| 5.2 基于Kolmogorov湍流机制模型的Monte Carlo仿真 |
| 5.3 海洋大气湍流下不同脉冲形状ML DSP算法性能比较 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）高光谱成像激光雷达光纤阵列焦面分光技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状与存在的问题 |
| 1.2.1 国内外研究进展 |
| 1.2.2 存在的问题与不足 |
| 1.3 高光谱成像激光雷达的应用领域 |
| 1.4 论文内容和章节安排 |
| 1.4.1 论文的研究内容 |
| 1.4.2 论文框架 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 高光谱成像激光雷达的基本原理和关键技术 |
| 2.1 高光谱成像激光雷达的基本原理和技术参数 |
| 2.1.1 高光谱激光雷达系统的组成和探测原理 |
| 2.1.2 高光谱成像激光雷达的主要技术参数 |
| 2.2 高光谱成像激光雷达的成像系统 |
| 2.2.1 扫描式的光机成像系统 |
| 2.2.2 推扫式成像系统 |
| 2.2.3 凝视式的成像系统 |
| 2.3 高光谱成像激光雷达系统的分光技术 |
| 2.3.1 色散型光学分光技术 |
| 2.3.2 干涉型光学傅立叶分光技术 |
| 2.3.3 滤光片型光学分光技术 |
| 2.4 高光谱成像激光雷达方程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于光纤阵列焦面分光的雷达系统设计 |
| 3.1 雷达成像系统的参数设计和模型仿真 |
| 3.1.1 高光谱激光雷达仿真输入参数 |
| 3.1.2 高光谱激光雷达仿真结果分析 |
| 3.2 高光谱成像激光雷达焦面分光系统的设计 |
| 3.2.1 焦面分光系统的基本原理 |
| 3.2.2 焦面分光系统的设计 |
| 3.2.2.1 接收望远镜的设计 |
| 3.2.2.2 光栅光谱仪 |
| 3.2.2.3 微透镜-光纤阵列的设计 |
| 3.3 焦面分光系统的参考光信号 |
| 3.4 系统背景光的抑制 |
| 3.4.1 窄视场接收 |
| 3.4.2 数值孔径匹配 |
| 3.4.3 内部杂散光抑制 |
| 3.5 系统的安装调试 |
| 3.6 系统光学透过率 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 高光谱成像激光雷达的扫描方式 |
| 4.1 雷达系统的扫描方式 |
| 4.2 多面体转镜扫描 |
| 4.3 振镜扫描 |
| 4.4 圆锥扫描 |
| 4.5 本章小节 |
| 第5章 高光谱成像激光雷达接收系统的标定 |
| 5.1 雷达接收系统的光谱标定 |
| 5.1.1 光谱标定的原理与实验准备 |
| 5.1.2 光谱标定的结果与分析 |
| 5.2 雷达接收系统在实验室的辐射标定 |
| 5.2.1 辐射标定的原理与实验准备 |
| 5.2.2 辐射标定的结果与分析 |
| 5.3 雷达接收系统在外场试验时的辐射标定 |
| 5.4 不确定度分析 |
| 5.5 本章小节 |
| 第6章 高光谱成像激光雷达接收系统的性能测试 |
| 6.1 高光谱成像激光雷达接收系统 |
| 6.2 外场试验的测试环境和设备 |
| 6.2.1 测试环境和设备的调试 |
| 6.2.2 雷达系统的探测和同步采集 |
| 6.3 雷达系统的光谱探测性能 |
| 6.4 雷达系统的距离精度测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文的总结 |
| 7.2 主要研究工作和创新点 |
| 7.3 下一步的工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）近红外单光子成像技术研究（论文提纲范文）
| 论文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 激光雷达的研究意义 |
| 1.1.2 激光雷达的工作原理 |
| 1.1.3 ToF激光雷达的分类 |
| 1.1.4 单光子探测和TCSPC技术 |
| 1.1.5 单光子雷达国内外发展状况 |
| 1.2 论文的选题意义与创新点 |
| 1.3 论文的主要内容与框架 |
| 第二章 近距离大视场三维光子计数成像 |
| 2.1 大视场三维成像系统设计与分析 |
| 2.1.1 成像系统原理图 |
| 2.1.2 Si单光子探测器 |
| 2.1.3 系统视场角对比测试与枕形畸变分析 |
| 2.1.4 振镜扫描出射光强测试 |
| 2.1.5 成像系统分辨率及精度 |
| 2.2 室内实验及结果 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 机载单光子扫描三维成像 |
| 3.1 机载单光子扫描三维成像系统设计与分析 |
| 3.1.1 成像系统原理图 |
| 3.1.2 1550 nm激光驱动电路 |
| 3.1.3 EDFA放大脉冲激光原理及测试 |
| 3.1.4 GHz InGaAs/InP单光子探测器 |
| 3.1.5 FPGA计时板卡数据采集 |
| 3.1.6 室内实验方案验证 |
| 3.2 机载实验及结果分析 |
| 3.2.1 机载成像系统实物图 |
| 3.2.2 数据采集 |
| 3.2.3 数据去噪处理 |
| 3.2.4 三维点云数据 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 双重频激光测云系统 |
| 4.1 双重频激光测云系统设计与分析 |
| 4.1.1 测云系统原理图 |
| 4.1.2 脉冲激光的产生及放大 |
| 4.1.3 测云激光重复频率的选择 |
| 4.2 测云实验及结果 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 自选通单光子成像 |
| 5.1 自选通单光子成像系统 |
| 5.1.1 多重频成像系统原理图与装置 |
| 5.1.2 收集光路的仿真与测试 |
| 5.1.3 振镜扫描的频率与幅度关系测试 |
| 5.2 自选通单光子成像工作原理 |
| 5.2.1 激光扫描方式与激光脉冲空间位置的还原 |
| 5.2.2 目标实际距离三维点云构建 |
| 5.3 成像实验及结果 |
| 5.3.1 验证成像方法计算目标实际距离实验 |
| 5.3.2 远距离成像实验 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结和展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历与在读期间科研成果奖励 |
| 致谢 |
（9）林业背包式激光雷达多传感器集成系统及数据融合的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 多传感器数据融合技术及其激光雷达应用上的研究现状 |
| 1.2.1 国内研究现状 |
| 1.2.2 国外研究现状 |
| 1.3 数据融合方法研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 2 林业背包式激光雷达多传感器集成系统硬件构建 |
| 2.1 林业背包式激光雷达多传感器集成系统的性能与指标 |
| 2.2 林业背包式激光雷达多传感器集成系统各传感器硬件构成 |
| 2.2.1 激光雷达模块 |
| 2.2.2 CCD模块 |
| 2.2.3 组合导航系统模块 |
| 2.2.4 各传感器时空同步控制系统 |
| 2.2.5 供电模块 |
| 2.2.6 USB总线转换芯片驱动设计 |
| 2.3 总体设计方案 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 林业背包式激光雷达多传感器集成系统软件设计 |
| 3.1 软件总体设计方案 |
| 3.2 嵌入式软件开发 |
| 3.2.1 嵌入式开发的特点 |
| 3.2.2 嵌入式开发环境的搭建 |
| 3.3 数据采集与存储 |
| 3.3.1 数据采集 |
| 3.3.2 数据实时存储 |
| 3.4 多任务处理功能 |
| 3.5 数据通信 |
| 3.5.1 USB通信文件的数据压缩与编码 |
| 3.5.2 界面USB通信功能 |
| 3.5.3 USB端口与PC机通信功能 |
| 3.6 多传感器采集数据的动态显示与回放 |
| 3.6.1 多传感器采集数据的动态显示 |
| 3.6.2 多传感器采集数据的回放功能 |
| 3.7 PC人机界面 |
| 3.7.1 PC人机界面主要功能构成 |
| 3.7.2 Qt显示界面设计 |
| 3.8 系统软件维护设计 |
| 3.9 本章小结 |
| 4 基于无迹卡尔曼滤波的多传感器数据融合算法研究 |
| 4.1 算法思路 |
| 4.2 无迹卡尔曼滤波 |
| 4.3 仿真结果与分析 |
| 4.4 本章小节 |
| 5 系统安装方式与现场测试 |
| 5.1 安装方式与结构优化 |
| 5.1.1 安装方式 |
| 5.1.2 结构优化 |
| 5.2 现场测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
| 东北林业大学 硕士学位论文修改情况确认表 |
（10）大气探测激光雷达激光状态参数监测与频率控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 大气探测激光雷达简介 |
| 1.1.1 大气探测激光雷达的原理与结构 |
| 1.1.2 大气探测激光雷达的发展趋势 |
| 1.1.3 激光技术与大气探测激光雷达的关系 |
| 1.2 脉冲激光能量监测技术 |
| 1.2.1 脉冲光光电探测器件 |
| 1.2.2 脉冲光信号测量方法 |
| 1.2.3 脉冲光信号测量方法信噪比分析 |
| 1.3 脉冲激光频率稳定技术 |
| 1.3.1 连续激光及其稳频技术 |
| 1.3.2 脉冲激光及其稳频技术 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第2章 多通道脉冲激光能量变化同时监测方法 |
| 2.1 多通道脉冲激光能量变化同时监测方案 |
| 2.2 多通道脉冲激光能量变化监测装置设计与测试 |
| 2.2.1 多合一光纤设计与测试 |
| 2.2.2 多通道光学成像系统设计与测试 |
| 2.2.3 CMOS图像传感器参数设置 |
| 2.2.4 多通道脉冲数据采集软件设计 |
| 2.3 多通道脉冲激光能量变化同时监测实验结果与分析 |
| 2.3.1 多通道脉冲激光能量变化同时监测实验结果 |
| 2.3.2 多通道脉冲激光能量变化同时监测结果分析 |
| 第3章 基于原子鉴频器的脉冲激光智能稳频技术 |
| 3.1 基于原子鉴频器的脉冲激光频率控制实验原理 |
| 3.2 原子鉴频器的标定 |
| 3.2.1 原子鉴频器透射谱测试 |
| 3.2.2 连续光标定原子鉴频器 |
| 3.2.3 脉冲激光标定原子鉴频器 |
| 3.3 脉冲染料激光器的频率控制 |
| 3.3.1 Narrow Scan激光器介绍 |
| 3.3.2 控制接口 |
| 3.3.3 智能稳频流程 |
| 3.3.4 软件设计 |
| 3.3.5 基于原子鉴频器的脉冲激光频率控制实验 |
| 3.3.6 实验结果与分析 |
| 第4章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、采用设备驱动的实时监测控制系统在激光雷达中的应用（论文参考文献）
- [1]扫描激光雷达绝对角度高精度测量系统方案设计[D]. 席泽华. 西安理工大学, 2021(01)
- [2]高光谱分辨率激光雷达关键技术及系统实验[D]. 沈雪. 浙江大学, 2021(01)
- [3]海洋激光雷达系统研制及典型探测结果[D]. 徐沛拓. 浙江大学, 2021(01)
- [4]基于双边带调制的脉冲压缩相干激光雷达技术研究[D]. 杨静. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所), 2021(08)
- [5]激光扫描振镜控制系统研究[D]. 权晓. 中北大学, 2021(09)
- [6]相干多普勒测风激光雷达回波特性及风速估计算法研究[D]. 景旭阳. 山东大学, 2021(12)
- [7]高光谱成像激光雷达光纤阵列焦面分光技术[D]. 钱立勇. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]近红外单光子成像技术研究[D]. 申光跃. 华东师范大学, 2021(08)
- [9]林业背包式激光雷达多传感器集成系统及数据融合的研究[D]. 陈东鹏. 东北林业大学, 2021(08)
- [10]大气探测激光雷达激光状态参数监测与频率控制技术研究[D]. 闫文兵. 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所), 2020(02)