| 题名 | 外部引导下快速指向与大动态范围激光测距关键技术研究 |
| 作者 | 张冰娜 |
| 答辩日期 | 2012-06-02 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 王建宇 |
| 关键词 | 主被动复合探测 脉冲激光测距 压电陶瓷二维倾斜镜 大动态范围 自动增益控制 |
| 学位专业 | 物理电子学 |
| 英文摘要 | 对空间非合作目标进行精确探测、测量、跟踪，需要在任何环境（全天候、全天时、复杂背景）中识别目标并具有灵活机动能力，即同时满足高精度、高智能、轻小型化的特点。只有将主动探测和被动探测相结合，即大视场红外焦平面探测器及可见光面阵CCD探测器等被动探测方式，与激光主动探测方式相结合，发展针对空间非合作目标的光学主被动多模复合探测技术，实现两者优势互补，才能满足任何环境条件下对目标的精确探测能力。同时，在由面阵相机和机架组成的大惯量跟踪结构的主光路中插入一高谐振频率快速反射镜,可以构成主从复合轴跟踪方式。主轴对运动目标进行捕获与粗跟踪,从轴克服主轴的跟踪残差进行精跟踪。子轴谐振频率高、响应速度快、动态滞后误差小，可以弥补主轴的不足，提高对目标的探测和跟踪精度。本论文基于某863预研项目，在主被动多模复合探测技术的基础上，又利用二维快速倾斜镜实现了对目标的快速指向，获得目标的角度-角度-距离信息，将多模探测与复合轴探测的优势相结合，同时兼顾体积和重量有限的设计需求，提出了轻小型的激光主动探测装置。论文首先论述了多模复合探测和主从复合轴探测的优势，然后对激光主动探测装置各个构成部分进行系统性的分析，选定了体积小，不需要高压调Q控制电路的被动调Q激光器作为光源；在分析压电陶瓷和音圈电机两种驱动方式的基础上，根据系统对响应速度和重量的要求选定了压电陶瓷倾斜镜作为快速指向执行器。接着重点分析了激光主动探测装置的快速指向性能，包括指向视场范围、精度、线性度、视场偏移等的仿真分析与实验测试；针对空间非合作目标的厘米精度激光测距，提出了大动态范围的复合型自动增益控制策略，满足远程到近程以及高反射率目标表面散射回波动态范围大的特点，实现整个量程范围内恒信号峰值的高精度激光测距，并搭建实验系统，进行验证。论文的主要创新点有：1) 鉴于压电倾斜镜两个轴旋转无前后顺序，不能用传统二维摆镜的矩阵计算法，本文用矢量旋转法得其两轴旋转后新矢量方向后，求矢量叉积得新的镜面法线矢量，再用反射定律矢量计算法求新的出射光线方向，并对指向视场、线性度、范围及与引导相机的光轴偏移等计算分析及实验验证，两者吻合良好；分析影响指向精度和速度的因素。 2) 针对从几米到几公里，甚至十几公里的大动态工作范围，提出了优先级依次为前放压控可变增益放大器(VGA)增益电压、雪崩管探测器偏置电压以及电动接收镜筒通光孔径的复合型自动增益控制(AGC)策略；近程及小入射角度时回波能量过强，影响阈值鉴别精度；远程时探测能力不足；采用复合型AGC后，整个量程内为恒信号峰值探测，实现大动态范围的厘米精度激光测距；由FPGA软件按优先级顺序控制增益级数自动切换，实现对非合作目标的自主探测。 3) 针对覆皮铝箔等非漫反射表面材料，搭建实验系统，将复合型AGC策略引入，探索具有镜面反射特性的近距离面目标激光测距方法；利用点光源模拟远距离非合作运动点目标，验证远距离探测指向精度；通过与近距离面目标接近、保持等动态运动过程，验证快速指向及获得角度-角度-距离信息的能力。 本课题的研究工作主要完成了主被动多模复合探测系统中激光主动探测子系统的快速指向和大动态范围高精度激光测距的关键技术攻关，并通过外场试验进行了实验验证，为激光主动探测装置的工程实施打下坚实的技术基础。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-08-22 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4958]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张冰娜. 外部引导下快速指向与大动态范围激光测距关键技术研究[D]. 中国科学院研究生院. 2012. |
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