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首页多狭缝条纹管激光雷达:设计、原理与实验验证
本文主要探讨了多狭缝条纹管激光雷达系统的独特设计与实验研究。多狭缝条纹管激光雷达技术作为一种新兴的无扫描成像方式,具有诸多技术优势,如高精度、高效率和非连续性扫描的优点,特别适用于需要快速、连续测距的应用场景。文章首先详细解释了多狭缝条纹管的工作原理,它通过在激光脉冲照射下,通过多个狭缝产生的干涉条纹,能够提供关于目标距离和强度的信息,实现了对目标的成像。 设计者构建了一个基于多狭缝条纹管的实现方案,包括关键组件的性能分析。这个方案包括多狭缝条纹管本身,它作为激光信号的处理单元,其性能直接影响到系统的分辨率和灵敏度;光纤变换器及光锥,它们负责激光的传输和聚焦;高功率激光器,提供稳定的发射源;发射和接收系统,确保激光信号的准确发射和接收;以及CCD(Charge-Coupled Device)图像获取及处理系统,用于实时捕获和解析条纹图像。 在实验部分,作者搭建了一套成像演示装置,通过实际操作,成功获取了目标的条纹像,并进行了深入分析。实验结果表明,该系统不仅能获取目标的距离像,还能得到目标的强度信息,验证了这种非扫描成像方法的可行性。此外,初步的性能测试展示了系统的稳定性和基本性能指标,为后续的研发和应用奠定了坚实的基础。 关键词:激光技术、多狭缝条纹管、激光雷达、非扫描成像技术。这项研究对于激光雷达技术的发展具有重要意义,为提高激光雷达的性能,降低能耗,以及在无人机、自动驾驶等领域中的应用提供了新的思考方向。这篇文章提供了对多狭缝条纹管激光雷达系统设计原理和实验验证的深入理解,是激光雷达技术领域的一篇重要参考文献。
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书书书
第
36
卷
第
8
期
中
国
激
光
Vol.36
,
No.8
2009
年
8
月
犆犎犐犖犈犛犈犑犗犝犚犖犃犔犗犉犔犃犛犈犚犛
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2009
文章编号:
02587025
(
2009
)
08199104
多狭缝条纹管激光雷达系统设计及实验研究
刘金波
李思宁
王
骐
(哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术国家级重点实验室,黑龙江 哈尔滨
150080
)
摘要
介绍了多狭缝条纹管激光雷达的技术优势,说明了多狭缝条纹管的成像原 理。设计 了采 用多狭 缝条 纹管成
像的实现方案,具体分析了多狭缝条纹管、光纤变换器及光 锥、激 光器及 发射 和接 收系 统、
CCD
图 像获 取及 处 理系
统等各个组成单元的性能。搭建了一套成像演示装置,进行了原理实验,通过对 目标 条纹像 的分 析,表明 该系 统能
够同时获得目标距离像和强度像,验证了该方案的可行性并初步展示了该系统的基本性能。
关键词
激光技术;多狭缝条纹管;激光雷达;非扫描成像
中图分类号
TN958.98
文献标识码
A
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:
10.3788
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收稿日期:
20080829
;收到修改稿日期:
20081026
作者简介:刘金波(
1981-
),男,博士研究生,主要从事激光雷达技术研究。
Email
:
lionboo
@
sina.com
导师简介:王
骐(
1942-
),男,教授,博士生导师,主要从事激光空间信息技术,小型化
X
光激光技术,
EUV
光刻光源 等
方面的研究。
Email
:
q
iwan
g
@
hit.edu.cn
1
引
言
激光雷达由于具有分辩力高、成像清晰、测量精
度高
、抗干扰能力强和体积小、设备简单等优点而备
受重视,世界各国都在积极发展。目前比较成熟的有
气象激光雷达
[
1
~
3
]
、用于靶场测量的激光雷达
[
4
~
6
]
、地
形及海洋探测激光雷达
[
7
~
10
]
等。本文介绍了一种基
于条 纹 管 技 术 的 新 型 非 扫 描 闪 烁 式 激 光 成 像 雷
达
[
11
~
13
]
,它由于具有距离分辨力高,成像帧频高等优
点而成为一种很受重视,并且被认为是很有前途的成
像技术。美国
Arête
实 验 室 的
A.Gelbart
等
[
14
]
于 室
内和室外分别进行了多狭缝条纹管成像的实验
,已经
实现视场角
5.5°×5.5°
对
100m
处的目标成像,距离
分辨力接近
0.025 m
。本文在对该 雷达系统的 基本
结构和原理进行介绍的基础上,设计了一套多狭缝条
纹管激光雷达非扫描成像系统,利用该成像系统进行
了演示实验
,给出了实验结果,并对系统的成像性能
进行了初步分析。
2
成像系统基本原理及系统组成
多狭 缝条 纹 管 激 光雷 达 的 基 本结 构 如 图
1
所
示。
1989
年
F.K.Kni
g
ht
等
[
15
]
首 先 提 出了 多 狭 缝
条纹管非扫描成像 原理,核心器件 是 多狭缝条 纹 管
和光纤变换器。系 统的基本 工 作原理是:发射激光
扩束后照射到目标 上,接 收光学系 统 将目标反 射 光
聚焦到光纤变换器 的输入端 面,光 纤 变换器把 目 标
面图像变换为多个 线图像
,并 通过光锥 耦 合到条纹
管的光电阴极,利用 条 纹管对目 标 反射光的 时 间分
辨特性
,来实现对目标上不同像素点的距离分辨,而
目标各像素成像的灰度值即代表了目标的强度。
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