刘强[1]2010年在《目标表面激光双向反射分布函数的测量与优化统计建模》文中研究指明本文进行目标样片激光双向反射分布函数的测量和优化建模。针对自行研制的激光散射自动测量系统,介绍了系统的硬件构成和操作软件,阐述了测量系统的工作原理和性能。测量了不同类型目标样片的激光散射强度的角分布,并转换为目标样片的双向反射分布函数(BRDF)。讨论了离散域蚁群算法和连续域蚁群算法的异同。引入了模型优化的适应度函数,利用蚁群优化算法,根据测量BRDF数据,建立了五参数激光BRDF优化统计模型,以及大粗糙度表面和指数分布激光BRDF的优化统计模型。
李传宝[2]2002年在《激光散射自动测量系统的设计与应用》文中研究说明激光散斑雷达的研制属于总武装部国防科技重点实验室基金项目——导弹目标激光散射特性研究的部分工作。这些研究为目标特征的提取及识别技术，隐身与反隐身技术，红外光学制导等方面提供技术依据。对国防现代化和国民经济的发展具有重要意义。 本文主要介绍激光散射自动测量系统的建立过程，对系统的软件部分进行改进设计。利用该系统对一些样片进行测量并分析。参考上述激光散射测量方面的工作，采用最新的测量技术，初步建立了激光散斑雷达自动测量系统。并利用该系统测量特殊样片，从理论上进行了分析。其主要工作包括以下几个方面： 1、基于粗糙面散射理论研究，从理论上论证了实验系统的可行性。 2、参考国外最新的激光散射测量的理论模型，结合最新的零差式干涉仪探测技术设计了测量系统光路结构。 3、结合现有的实验条件设计并安装系统的机械结构，设计了系统接口卡的原理图和PCB图，制作电路板并调试通过。 4、设计开发系统的驱动和数据采集软件，并设计开发了系统性能和精度测试软件。 5、对实验系统进行调试，检验了系统性能指标。测量了某些特殊材料的样片，进行了比较分析。并提出了数据处理的初步方案。
赵延杰[3]2012年在《目标激光雷达探测性能分析及实验研究》文中指出激光雷达因其分辨率高，抗干扰能力强，被广泛应用于目标跟踪、精确制导、气象测量、污染检测等领域，在民用和军事上都具有广泛的应用价值。本文重点研究了目标激光散射双站缩比关系，大气背景对光学探测系统影响，以及本文所研究的激光雷达系统探测性能分析与评估。首先，利用MODTRAN软件，系统分析了地基光电探测系统背景光学特性，为分析与评估激光雷达系统探测性能提供依据。基于目标激光后向激光雷达散射截面（LRCS）缩比关系，给出了朗伯球双站LRCS缩比关系，利用激光散射测量系统对不同尺寸聚四氟乙烯球双站LRCS进行测量，并在室外利用自行搭建的双站散射测量系统对上述目标进行测量，理论和两种实验结果对比表明基本吻合，并对误差进行分析，初步验证了朗伯特性球双站LRCS缩比关系；为目标双站LRCS缩比关系研究提供了一定的理论和实验基础。最后，分析了本文所研究的激光雷达系统噪声来源，对其噪声测量统计特性分析表明系统噪声为高斯白噪声，采用奈曼皮尔逊准则对系统探测距离，探测概率及虚警概率等探测性能进行系统分析，其结果对于地基激光雷达系统设计和评估具有重要的指导意义。
王璐璐[4]2018年在《基于BRDF的激光散射测量系统研究》文中指出文章研究了激光散射测量的基本原理和相关技术。以双向反射分布函数(BRDF)为理论基础,设计了一种角分辨空间激光散射测量系统。对激光散射自动测量系统总体结构进行设计,在系统中使用高灵敏度的光电倍增管、用锁相放大器检测微弱信号,实现了微弱信号自动检测。采用Lab VIEW软件进行编程,实现了计算机与锁相放大器之间的数据传输和对运动系统的控制,实现了整个系统的自动化测量。
刘林艳[5]2009年在《激光散射自动测量系统研究》文中提出目标激光散射特性的研究对国防、航空、航天、气象等部门具有很重要的应用价值,激光散射特性的自动测量系统对雷达散射截面的研究有更加实际的指导意义。论文系统研究了激光散射自动测量系统的基本原理和相关技术。首先简单介绍了激光雷达散射中的一些基本概念,并对粗糙面散射及其测量技术进行了简单说明。对激光散射自动测量系统总体结构进行设计,随后分析了激光发射、机械转动及控制、及光电信号接收子系统,进一步地,在对系统中重要仪器进行了介绍后,采用高灵敏度的光电倍增管、可检测微弱信号的锁相放大器SR850,实现了光电信号自动检测,使系统的性能指标得到了提高。此外,详细介绍了系统实数据处理的方法。系统测量软件实现了锁相放大器与计算机之间的双向数据传输,以及计算机对锁相放大器和机械转动系统的控制,从而实现了整个测量系统的自动化。对系统进行性能测试,并对典型样片进行后向和双站雷达散射截面测量,验证了该测量系统的搭建能满足性能提高的要求。
高岩[6]2014年在《轮对几何尺寸自动与动态在线测量方法的研究》文中指出轮对是列车非常重要的走行部件,其质量好坏对铁路的安全运行有着至关重要的影响。车轮属于损耗品,运行一段时间后会产生磨损和缺陷。列车速度的大幅提高,加快了轮对磨损和缺陷产生的速度,给我国高速列车的运行带来巨大的安全隐患。车轮几何尺寸自动测量技术与动态在线测量技术能够在轮对的生产、检修以及运行阶段对轮对质量进行检测,是实现铁路高速发展的重要保证。本论文对车轮几何尺寸自动测量与在线动态测量技术展开研究,取得的主要创新成果包括：1.提出了一种激光扫描自动测量车轮几何参数的方法。这种方法采用两个激光视觉传感器对轮对进行叁维扫描,然后通过计算机对点云数据进行处理,计算出车轮直径、踏面磨耗、轮缘厚度以及轮辋宽等参数,对被测车轮与激光视觉传感器的相对位置和姿态没有严格要求,提高了测量精度。实验结果证明了这种方法的有效性,能够在制造轮对的工厂或者车辆段的检修车间内实现对车轮全面、准确、快速的测量。2.提出了一种使用双涡流传感器和单个激光位移传感器动态测量车轮直径的方法,具有成本低、测量精度高、结构简单的优点。经过对影响车轮直径动态测量精度的主要因素进行仿真和分析,在理论上证明了这种车轮直径动态测量方法的精度为士0.37mm。铁路现场的结果在实验上证明了这种方法可以适应现场复杂的环境,而且具有比较高的测量精度,可以满足铁路相关部门对轮径现场测量精度的要求。3.在理论上分析了轨道振动所引起的车轮直径动态测量误差。本论文利用有限元的方法分析了轨道的振动,并结合车轮直径动态在线测量原理,分析了轨道振动对直径动态测量结果的影响。论文还进一步分析了测量系统中传感器的安装方式、列车通过测量系统的速度这两个因素对动态测量结果的影响。
刘立波[7]2008年在《基于DSP的激光叁角测距传感器研究》文中研究说明随着新材料的出现和加工精度的不断提高,对表面检测技术提出更多的要求,检测过程中常用的接触式检测很难对一些尺寸很小或柔软和脆性材料的工件进行测量。基于叁角测量法的激光位移传感器作为一种新型的非接触式测距传感器,具有结构简单、测量速度快、精度高、抗干扰能力强、非入侵等优点,因此在自动加工、在线检测、实物仿形等工业生产领域得到了广泛的应用。由于实际应用中,激光位移传感器存在非线性误差和激光点的散斑,并且测量精度易受被测表面倾斜角度和表面特征不同的影响、系统响应速度的影响、环境影响等,可能导致测量精度下降,甚至使传感器系统无法正常工作。本课题从影响激光位移传感器测头工作的根本原因出发,定量或者定性的分析了各种影响因素,提出了改进的方法和措施,并进行了DSP系统设计。主要有以下工作:1.经过分析与比较,决定设计的叁角测距传感器采用直射式,系统的光源部分使用半导体激光器,图像传感器选用高精度的线阵式CCD。根据系统技术要求,对光学参数进行设计和确定,选择能使测量精度提高的最优方案。2.对CCD采集到的原始图像,采用均值滤波和改进的中值滤波以得到较为稳定的图像信号。分析了各种算法,通过对CCD所采集到的数据进行修正的算法来提高CCD的分辨率,从而提高测距传感器测量精度。分析了概率法、解调法、灰度质心法、多项式插值法、多项式拟合法,以及这些经典的提高CCD的分辨率的算法的优缺点,实验证明采用平方加权灰度质心法能够得到更好的结果。3.提出了一种新的光强度自适应控制方法,采用FPGA控制调节激光器的驱动电流大小,该方法能够感测物体表面并将激光强度调整到最佳状态。同时设计了恒流源驱动电路,能够稳定的驱动激光器。4.设计和CCD匹配的AD采集电路,运用FPGA解决外部慢速器件和高速处理器的接口问题,提出显示、抗干扰和存储器扩展方案。5.结合系统所涉及的电气参数、测量环境和处理算法,设计基于TMS320VC5509A微处理芯片的线阵CCD微位移测量系统,完成系统软件设计。6.在深入分析光学叁角法测量原理的基础上,研究影响测量精度的因素,对主要影响因素的影响机理进行详细的分析,并针对这些问题提出解决方案,从最大程度上减小外界环境变化和参量误差对测量的影响。
徐付昌[8]2013年在《目标材料激光散射特性分析与LRCS计算》文中研究指明激光雷达以其优良的特性在军用和民用领域中有着广泛的应用。目标激光散射特性是激光雷达探测中极为重要的方面。分析研究目标的激光散射特性对于分析激光雷达的探测性能、进行系统设计具有重要的理论和实际意义。首先研究了天空背景及光学系统参数对激光雷达系统探测性能的影响,讨论了激光雷达方程的几种形式的统一性,计算了大气斜程传输透过率,借助Modtran软件分析了不同时间、不同方位下的天空背景辐射,讨论了天空背景噪声光功率和探测器噪声的大小,测量了室内噪声概率密度分布,分析了光学系统参数及背景噪声对探测性能的影响。其次,基于GRECO方法和OpenGL,设计实现了激光雷达散射截面计算软件,重点分析了目标在局部照射下的散射截面,给出了单、双站目标激光散射强度图,结合软件计算了双站缩比朗伯球的散射截面,为双站复杂目标缩比验证提供基础。然后,借助激光散射测量系统,完成了对目标材料的LRCS测量,分析了后向散射增强效应,并利用测量的结果和设计的软件对复杂目标LRCS进行理论计算。
张欣婷[9]2015年在《激光雷达叁维形貌测量系统关键技术研究》文中进行了进一步梳理叁维形貌测量技术目前已被广泛应用于工业产品零部件的制造与检测、文物重建、逆向工程等领域,而大尺寸、非接触、高精度和高效率的叁维形貌测量则是未来的发展趋势。目前国内外在叁维形貌测量领域,应用最为广泛的是激光跟踪仪。但由于激光跟踪仪是需要有手持角隅棱镜靶球作为合作目标的接触式测量,因此其测量对象材料的软硬、尺寸的大小均受到一定的限制。而激光雷达则具有测量范围大、环境适应性强、无需合作目标和非接触测量等特点,这也使得本文的选题具有重要理论意义和实用价值。针对大尺寸零部件高精度叁维形貌测量的需求,提出了基于调频相干激光雷达原理的叁维形貌测量方法。利用基于分段式标准光纤的内外双光路差频测距技术,测量参考光和测量光的频率差来实现激光雷达测距,并采用轴角编码器进行角度测量。在研究了激光雷达叁维形貌测量原理的基础上,进行了激光雷达叁维形貌测量系统和各分系统的方案设计。根据叁维形貌测量技术指标的要求,研究了激光外差探测技术的原理和外差探测效率。给出了差频干涉测量方案,通过测量本振光和信号光的差频信号,提高探测系统的信噪比,解决了被测目标信号过弱的问题。研究了激光频率调谐技术,选取了可连续调谐,且调谐线性较好的光纤光栅外腔半导体激光器作为光源,利用压电陶瓷的压电效应对激光器实现了轴向应力调谐。通过在压电陶瓷上施加不同的电压,使其产生不同的拉伸力,并带动光纤光栅伸长,使波长发生变化,即实现频率调谐。设计了发射/接收共光路的调频相干激光雷达光学系统。根据高斯光学理论,设计了叁组扩束准直的无焦变倍发射光学系统,同时利用ZPL宏语言编程,绘制出调焦曲线,使其在机械上能实现平滑调焦。根据雷达方程,计算出系统所需的回波能量,保证经目标返回的光束,具有可被探测器接收的回波信号。为了验证该叁维形貌测量系统是否满足技术指标要求,分别进行了自动聚焦测量实验、单点测距实验、重复性测量实验和局部面形测量实验,给出了CCD聚焦性能的验证结果、系统重复性测量结果、车头点云扫描结果以及车头测量误差分布结果。各结果均满足技术指标要求,验证了测量系统方案的合理性。
任秀云[10]2016年在《基于激光散射的海水温度遥感技术研究》文中提出海水温度是海洋学中极为重要的基本物理参量,海水温度监测是认识环境和利用海洋资源的基础,在民用和军事领域都有着至关重要的意义。发展一种能够快速大面积精确测量次表层海水温度的实用遥感技术一直是海洋技术领域科研人员不断追求的目标。传统的接触式测量海水温度的方法存在覆盖面小,测量速度慢,不能同步测量等缺点;而非接触式星载微波辐射遥感测温技术和红外辐射遥感测温技术虽然可以实现快速大范围测温,但由于其在水中极高的吸收性,只能测量海水表面温度。利用蓝绿激光在海水中的衰减系数较小、可以穿透一定深度的水体这一特性,基于光散射的海水温度遥感监测技术越来越受到人们的重视。通过近几十年的广泛深入研究,基于布里渊散射和拉曼散射的海水温度遥感技术取得了较大的进步,但其实用化进程中都存在尚未克服的困难。在深入分析海水温度遥感技术发展现状的基础上,提出了基于光散射的海水温度遥感技术研究这一课题,力求在技术实用化及降低成本方面有所突破,为海水温度的现场实时遥测技术的成熟奠定基础。为了设计更为合理的基于布里渊散射的海水温度遥感雷达系统,首先从理论上研究了海水的自发布里渊散射特性和受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)特性,采用耦合波理论建立SBS数值计算模型,通过数值计算分析了聚焦深度、海水温度对SBS脉冲宽度和能量反射率等特性的影响。然后,建立布里渊散射激光雷达方程,对其探测能力进行了理论分析。为了解决海水布里渊散射谱的高精度实时测量问题,本文提出了一种基于双SBS光束相干的水温测量方法,通过接收参考水后向SBS光与待测海水后向SBS光的差频信号测量待测海水温度。在实验室搭建实验系统,初步验证了该方法,并进一步进行了仿真计算,实验结果与理论分析和仿真结果相符。该方法可大幅度降低相干测量频率,具有结构简单,稳定度高,测量速度快等优点。但总结理论与实验研究结果发现,由于参考水SBS光与待测海水SBS光的频率差较小,并且目前所用激光脉冲宽度较小,导致单脉冲只能采集到很少几个差频信号周期,造成频率测量精度难以保证。所以该方法虽然减轻了对探测器和示波器带宽的要求,却对脉冲激光器的脉冲宽度和峰值功率提出了较高的要求。针对基于双SBS光束相干的水温测量方法受激光器的脉冲宽度和峰值功率限制导致频率测量精度低的问题,进一步提出了一种基于单SBS光束相干的水温测量方法,通过接收入射激光与待测海水后向SBS光相干产生的差频信号,进行傅里叶变换得到差频频率,即海水SBS频移,进而根据SBS频移与海水温度之间的关系反演海水温度。实验测量了水温不同时入射激光与水的后向SBS光的差频信号,进行数据处理得到SBS频移和待测水温,在8ns窄脉冲条件下实现了较高精度的水温测量。实验结果为基于单SBS光束相干的布里渊散射频移及海水温度测量方法奠定了基础,为实际相干海水温度遥感系统的设计提供了有价值的参考。该方法具有结构简单、稳定度高、测量速度快等优点,有望发展成为实用化的现场遥感测量方法。针对拉曼散射测温技术尚未有实时的现场温度遥测系统可用的问题,通过理论和实验研究了激光波长对水的拉曼光谱峰位和谱宽的影响,分析了水温测量精度与激光波长的关系,建立拉曼散射激光雷达方程,计算了不同波长激光的水拉曼散射系数,研究了激光波长对雷达系统探测深度的影响,为后续拉曼散射测温雷达系统的设计提供理论依据。针对海水温度的实时遥测问题,设计研制了基于450nm激光的低成本实用化的拉曼散射雷达水温遥测系统,应用时空累加数据算法有效增强了雷达系统的灵敏度和信噪比,开发了基于Lab VIEW的拉曼光谱实时采集、数据处理系统,实现了实时水温测量。为了验证该系统的性能,在实验室测量了不同温度水的拉曼散射光谱,建立光谱特征与水温的线性关系,并进行了未知水温的测量。为了提高水温测量精度,同时克服3代像增强器在绿光波段量子效率低的缺点,进一步研制了基于532nm激光的拉曼散射雷达水温遥测系统,提出了基于频数分布的拉曼光谱滤波算法,有效去除了实际测量中的干扰信号,提高了系统的温度测量精度和抗干扰性;改进了基于Lab VIEW的拉曼光谱实时采集、数据处理系统,实现了水温的实时连续遥测,并通过大量室内和现场实验验证了系统的温度测量精度和稳定性。实验结果表明,基于532nm激光的拉曼散射雷达水温遥测系统能够快速测量水的高分辨率拉曼光谱并实时处理获得水温信息,水温测量精度较高,长时间运行测量结果稳定。
参考文献：
[1]. 目标表面激光双向反射分布函数的测量与优化统计建模[D]. 刘强. 西安电子科技大学. 2010
[2]. 激光散射自动测量系统的设计与应用[D]. 李传宝. 西安电子科技大学. 2002
[3]. 目标激光雷达探测性能分析及实验研究[D]. 赵延杰. 西安电子科技大学. 2012
[4]. 基于BRDF的激光散射测量系统研究[J]. 王璐璐. 科技传播. 2018
[5]. 激光散射自动测量系统研究[D]. 刘林艳. 西安电子科技大学. 2009
[6]. 轮对几何尺寸自动与动态在线测量方法的研究[D]. 高岩. 北京交通大学. 2014
[7]. 基于DSP的激光叁角测距传感器研究[D]. 刘立波. 上海交通大学. 2008
[8]. 目标材料激光散射特性分析与LRCS计算[D]. 徐付昌. 西安电子科技大学. 2013
[9]. 激光雷达叁维形貌测量系统关键技术研究[D]. 张欣婷. 长春理工大学. 2015
[10]. 基于激光散射的海水温度遥感技术研究[D]. 任秀云. 哈尔滨工业大学. 2016