液晶相控阵成像激光雷达精度地研究

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1、哈尔滨工业大学理学硕士学位论文国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文液晶相控阵成像激光雷达精度的研究硕士研究生：乔天元导师：赵远教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：理学院答辩日期：2014年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据哈尔滨工业大学理学硕士学位论文ClassifiedIndex:O439U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinScienceRESEARCHONACCURACYOFLIQUID-CRYSTALOPTICALPHASEDARRAYIMAGINGLASERR

2、ADARCandidate：QiaoTianyuanSupervisor：Prof.ZhaoYuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：OpticsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要与传统的机械扫描技术相比，光学相控阵技术以其扫描速度快、多光束随机指向、高分辨率成像等特点，在扫描成像激光雷达扫描系

3、统中的地位变得十分重要。其中液晶相控阵器件由于其控制方便，电压低，易操作等特点有着许多应用优势。在液晶相控阵扫描成像激光雷达中，提高其指向精度和测距精度是实现其应用价值的关键因素，具有高指向精度和测距精度的液晶相控阵激光雷达可以更精确地识别目标的位置，获取目标结构更加细致的信息，具有更高的目标成像质量。在目标搜索、捕获、指向和跟踪等方面的应用前景十分广阔，在军事应用中，具有很大的开发潜力。本文首先介绍了光学相控阵器件的发展概况，以及基于光学相控阵扫描成像激光雷达的发展概况，应用液晶相控阵器件的扫描成像激光雷达系统性能方面的研究还比较少，没有成型的系统研究。其次，阐述了光学相控阵的

4、基本原理，介绍了液晶的光电特性和液晶相控阵的波控原理，并理论推导一维液晶相控阵的波控模型。介绍应用液晶相控阵的扫描成像激光雷达系统的原理和结构。对基于一维液晶相控阵的扫描成像激光雷达系统的指向精度和测距精度的判定标准和影响因素进行了分析，其中重点分析了液晶相控阵器件的电压量化误差对指向精度的影响，在0.1毫弧度的量级，测距精度则主要与系统的信噪比有关，相控阵的旁瓣效应是导致信噪比下降的主要原因，测距精度在厘米量级。本论文中进行了液晶相控阵扫描成像激光雷达系统的研究，在实验室中搭建了液晶相控阵扫描成像激光雷达系统的实验平台，验证了液晶相控阵扫描成像激光雷达系统的可行性，可以进行扫描

5、和测距。对该系统的指向精度和测距精度进行实验测量。最后，提出了相位迭代补偿的方法提高系统的指向精度，采用抑制旁瓣的方法提高信噪比来提高系统的测距精度，对提出的方法进行仿真测试，系统的指向精度在n=16时，从0.13mrad提高到0.04mrad，测距精度从0.040m提高到0.021m。关键词：扫描成像激光雷达；液晶相控阵；指向精度；测距精度-I-万方数据哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractComparedwithmechanicscanningmethod,Opticalphasedarray(OPA)techniqueplaysanimportantroleinim

6、aginglaserradarscanningdevicebecauseoffastscanningspeed,flexiblepointingandhighimagingresolution.Liquid-crystalopticalphasedarray(LCOPA)possessesmanyadvantagesinapplicationduetoitseasycontrol,lowpowerandpracticaloperation.ImprovingthesteeringaccuracyandrangingaccuracyofLCOPA-basedscanningimag

7、inglaserradaristheessentialfactortorealizeapplications.ThehighersteeringaccuracyandrangingaccuracytheLCOPAlaserradarcanobtain,themoreaccuratetargetidentificationitcanget.Obtainingmoredetailsofthestructuralinformationofthetargethasbroadapplica