汽车激光防撞雷达光学系统的研究

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1、理学硕士学位论文汽车激光防撞雷达光学系统研究李关辉哈尔滨工业大学2008年6月国内图书分类号：O438国际图书分类号：535理学硕士学位论文汽车激光防撞雷达光学系统研究硕士研究生：李关辉导师：田兆硕教授申请学位：理学硕士学科、专业：光学所在单位：光电科学系答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：O438U.D.C：535DissertationfortheMaster’sDegreeinScienceSTUDYONOPTICALSYSTEMSOFAUTOMOBILELASERSDEFENDINGLIDARCandidat

2、e:LiGuanhuiSupervisor:Prof.TianZhaoshuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofScienceSpecialty:OpticsAffiliation:DepartmentofOptoelectronicsScienceDateofDefence:June,2008Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要激光雷达具有分辨率高，抗干扰能力强，可三维成像等特点，在精密测距、精确跟踪、定位、制导、引信传

3、感、气象测量、水下通讯等领域得到了广泛的应用。光学系统是汽车激光防撞雷达的重要组成部分之一，本论文针对半导体激光器的光束变换特性进行了较深入的理论分析和实验方面的研究，提出的准直方法对大功率的半导体激光器光束的准直具有普遍意义。主要研究内容如下：使用电磁场理论分析了半导体激光器的光束特性，并根据半导体激光光束的远场分布特点，设计了发射光学系统。首先论文对半导体激光器的基本原理及其光束变换特性进行了较深入的理论分析，介绍了应用几何光学设计光学系统的方法，比较了对半导体激光器进行准直的几种常用方法，选择椭圆面柱透镜对半导体激光进行光束准直的方案，计算了半导体激光束经过

4、椭圆面柱透镜的光路。应用一些数值计算及光学设计软件对系统进行设计仿真。首先，利用Matlab对光束传输方程进行求解，得出三组可以有效实现光束准直的三组发射光学系统，然后应用ZEMAX光学设计软件对这三组发射光学系统进行了光束传输的模拟仿真，仿真结果表明可以有效的压缩半导体激光发射的发散角，与数值计算结果基本一致。设计、调试了发射和接受系统。通过对发射和接收光学系统的实验数据的分析得出：发射光学系统达到了快轴和慢轴方向的发散角分别被压缩为3.2mrad、7mrad的技术指标，该指标基本满足该汽车激光防撞雷达对光学系统的使用要求；接受光学系统基本能够把散射回来的微弱信

5、号汇聚到光敏面上，且此结构简单、成本低，基本满足使用要求。关键词激光雷达；半导体激光器；光学系统；光束准直-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractLidarcanbeusedfordistancemeasuring,precisiontracking,orientation,guiding,fuzesensing,meteorologicmeasure,underwatercommunicationhasandsoonforitscharacteristicsofhighresolution，highanti-jamingabilityandtheab

6、ilityforthree-dimensionalimage.Theopticalsystemisanimportantpartoftheautomobilelasersdefendinglidar.Inthispaper,weanalyzedtheoryofemittingandreceivingopticalsystem,andmadeanexperiment.Theproposedcollimatingmethodissignificantforthecollimatingsystemofthediodelaserbeamwithhighpower.Ther

7、esearchworkhasbeensummarizedindetailasfollows.ThecharacteristicsofLDlaserbeamwereanalyzedonthebasisofelectromagnetictheory.Accordingtothecharacterofsemiconductorlasersbeam’sfar-fieldpattern,anemittingopticalsystemwasdesigned.Firstly,weanalyzedthecharacteristicsofLDlaserbeamandtheoryof

8、beams