面阵三维成像激光雷达接收试验系统研究

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1、密级:硕士学位论文面阵三维成像激光雷达接收试验系统研究作者姓名：彭章贤指导教师：岳永坚研究员中国科学院光电技术研究所刘博研究员中国科学院光电技术研究所学位类别：工程硕士学科专业：光学工程研究所：中国科学院光电技术研究所二零一六年四月TheStudyofReceivingExperimentalSystemofArrayImagingThreeDimensionalLidarByPengZhangXianAThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSc

2、iencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringInstituteofOpticsandElectronicsChineseAcademyofSciencesApril,2016致谢时光飞逝，转眼间，研究生三年求学生活即将结束。回首过去，三年求学的艰辛已溢满收获时节的喜悦与幸福。在论文即将完成之际，我的心情久久不能平静。研究生三年，从开始进入课题到论文的顺利完成，衷心感谢在此期间给予我无私帮助的师

3、长、同学、朋友及家人，能和你们相识相知是我的荣幸，在这里请接受我诚挚的谢意和真挚的祝福!感谢我的导师岳永坚研究员和刘博研究员，谢谢你们三年来的悉心指导。从开题、中期、论文定稿，直到最后的答辩，每一个环节都有你们的身影。虽然工作繁忙，但从不缺席我的工作汇报，及时掌握我的工作进展情况，对我课题中遇到的问题、下一步目标等提出宝贵意见。你们不辞清晨赶班车的辛劳，牺牲自己难得的休息时间，在我的课题研究中投入了大量关注和指点。你们忘我的工作热情、对事业的执着奉献、开放的科研思路以及宽广的胸襟是我学习的典范。感

4、谢研究生部老师们的帮助与关怀，感谢课题研究过程中给予我热心帮助的实验室的老师们。感谢周向东、张文明、钟建勇、任国强、杨世洪、程欣、梁伟、王冉珺和王明富等各位老师对我的帮助与指导，感谢你们在每次报告中给予我的宝贵意见，这些发现与指导帮助我更好的完成了工作。感谢陈臻师兄，谢谢你对我毕业课题研究中给予的帮助；感谢蒲磊、夏校朋、廖育富、焦仲科、洪裕珍、聂山钧、刘玉明、葛景泉、严坤、王相如、赖积斌、赵波、游迪、康璐、苏家雨、马雨然、况银丽、吉星宇、李遥为、刘川熙、张壮等师兄弟们，谢谢你们在我科研遇到难题时，

5、提出一些宝贵的建议和创造性的想法，让我少走了很多的弯路。感谢我的室友吴相猴、郭港、张栩铫和周黎，三年来，谢谢你们的陪伴，我的研究生生活充满了欢乐。感谢我的父母，谢谢你们对我的养育之恩，谢谢你们一直以来无私的奉献和关爱，你们是我永远的骄傲！感谢我的女朋友李艾芝女士，谢谢你在生活中对我的包容与理解，谢谢你给我的鼓励和提醒，我的生活因你而绚丽多彩。感谢评审论文的专家，你们辛苦了，谢谢你们提出的宝贵意见，让我的课题研究更加深入和完善，我会继续努力!彭章贤2016年3月于成都I摘要三维成像激光雷达具有主动成

6、像，测距精度高，信息量大等诸多优点，能广泛应用于目标识别和跟踪、地形地貌测绘、障碍物规避、精密无损检测等诸多领域，具有广阔的军事和民用前景。远距离高分辨率快速三维成像激光雷达一直是研究热点。虽然，距离门选通技术的出现，大大提高了激光雷达测距精度和实时性，促进了高分辨率激光雷达的发展，但是，目前仍处于初步发展阶段。研究远距离高分辨率快速三维成像激光雷达，对推动我国激光雷达技术的发展和掌握三维成像激光雷达前沿关键技术具有重要意义。综合三维成像激光雷达文献调研结果和国内三维成像激光雷达关键器件生产制造和

7、外购情况，提出了一种基于KDP电光晶体偏振调制原理的距离选通偏振调制三维成像激光雷达系统方案。首先，详细论述了KDP晶体纵向运用时的相位调制原理；偏振调制面阵三维成像激光雷达基于距离门选通技术从目标物强度图获取距离信息的理论方法。然后，针对该型激光雷达技术原理，对其接收光学系统光路进行了设计；并利用光学设计软件对整个接收光学系统进行光学设计和公差分析，评估了接收光学系统理论成像质量。再者，介绍了接收光学系统中大孔径光学元件安装固定的光机结构特点，借鉴空间光学系统光-机-热集成分析思想，评估分析了接

8、收光学系统中大口径光学元件自重变形和温度梯度影响下面形变形对激光雷达系统性能的影响。最后，搭建试验系统，进行了偏振调制三维成像激光雷达原理验证性试验。仿真分析结果表明，大口径光学元件自重变形影响不会对偏振调制三维激光雷达性能构成危害；元件径向温度梯度和轴向温度梯度会使接收光学系统成像质量退化，影响雷达系统的纵向和横向分辨率，一定温差范围内，适当选择探测器的binning模式，牺牲横向分辨率可保证纵向测距精度：轴向和径向温差不超过1℃，探测器2×2binning模式，激光雷达系统横向