机载GPS／激光测深系统的设计与测深精度理论分析

介绍了机载GPS／激光测深系统的组成,包括机载激光测深、机载GPS定位测姿、机载测量数据集成处理和机载数据通信控制四个子系统。通过对影响机载GPS／激光测深系统测深精度的理论分析,得出了平均海平面的确定、海水深度的测量误差等影响测漾精度因素的定量分析结果,并依据该分析结果,得出了机载激光测深系统应该尽可能采用较窄的激光脉冲、较小的光学接收视场角和滤光通带宽度,以此减小海面背景噪声光的有害干扰,提高激光探测的信噪比,确保精确测定海水深度。     

机载激光测深系统中的精确海表测量

讨论了机载激光海洋测深技术中采用红外激光测量海表的精度和探测概率。首先介绍了机载激光测深系统中红外激光测距的原理以及计算方法;分析了不同扫描角、海况(尤其是不同风速)下斜距的测量方法、测量精度及对回波信噪比的影响,分析了在给定探测概率下甄别阈值的选择以及探测概率和信噪比的关系。最后用机裁激光测深系统的参数对海表探测进行了数值模拟和讨论,提出了改进措施。     

机载激光测深光电倍增管变增益探测方法

对机载激光探测海水深度的大动态范围信号,提出了使用光电倍增管变增益探测方法来压缩其动态范围。给出了GDB333,GDB49,R1333光电倍增管增益控制特性,压缩信号动态范围达2.5×104倍,满足了机载激光测深系统的要求。使用光电倍增管变增益探测方法探测到的海底回波,也在文中进行了报道。     

机载激光水深测量精度分析

分析了机载激光水深测量系统中的深度反演方法，着重讨论波浪潮汐改正法和利用动态全球定位系统-相位模糊度解算技术(KGPS-OTF)所测参量进行归算的方法(无修正法)。综合分析影响机载激光测深精度的各项参量，并利用机载激光雷达的技术参数，定量估算了两种方法的水深提取精度。结果表明，波浪潮汐改正法的精度略高于无修正法，但是无修正方法更加简单明了，数据后处理的计算量也可大大减小。     

机载激光测深系统

机载激光测深系统，是２１世纪测绘浅水海域海底地形的先进技术装备。本文论述了它的作用敌后，并讨论了机载ＧＰＳ动态载波相位测量在激光测深中应用的可能性。     

星载单光子激光雷达浅水测深技术研究进展和展望

在浅水测深技术中,星载激光测量系统可以覆盖一些机载/舰载系统难以到达的偏远水域,具有比被动光学影像水深测量精度更高、可全天时工作等独特的优势。以稀疏而少量的主动星载激光测量值为水深标定点,融合被动星载遥感影像,主被动融合的浅水测深是当前的趋势。本文首先介绍了星载单光子激光雷达的工作范围、物理参数和数据产品,概述了测量原理,综述了现有的星载单光子激光雷达测深的理论传输模型,对比了不同的点云数据去噪处理算法的优劣,归纳了星载融合测深反演技术在不同环境中的应用,总结了当前存在的问题,并对该技术未来的前景和发展方向进行了展望。     

机载激光测深试验

描述了机载激光测深实验系统的结构及性能指标,报道了机载激光测深实验结果     

机载激光测深技术的研究进展

机载激光测深技术因其灵活性好、速度快和测量精度高的特点,逐渐取代了传统测量水深的方法,并且在河道、近海海域的水深测量以及水下地形地貌的测绘等方面发挥着重要的作用。对机载激光测深技术进行了介绍,阐述了机载激光测深系统的工作原理及其信号处理的两种主要方法,分别对这两种方法进行了归纳并总结了其最新的应用研究,归纳了我国机载激光测深的关键研究技术,最后对其未来发展方向进行了展望,并说明了今后对回波信号将采用的数据处理方法。     

光子计数激光测深系统

设计了一套基于光子计数探测体制的激光雷达水深探测系统,该系统工作波长为532 nm,单脉冲激光能量为0.5 J,脉冲宽度为400 ps,激光重频为10 kHz,单光子探测器死时间为22 ns,时间间隔分辨率为50 ps。首先介绍了光子计数探测体制激光雷达用于水深探测的基本原理及其相对于传统机载激光测深雷达的优越性;然后分析了水底回波信号产生的平均光电子数与系统单脉冲激光能量的关系,从而理论求取出该系统的极限测深能力为3.7 m左右。最后进行了外场实地试验,对所获激光雷达点云数据进行滤波和解算,成功测得了透明盘深度为1.2 m的浑浊水体深度为2 m以内的水下信息。     

激光多普勒技术测量大尺寸直径的研究

介绍了激光多普勒技术用于大尺寸直径测量的原理 ,并据此设计了新型差动激光多普勒大尺寸直径测量系统。采用差动型光学系统并使用声光调制器对测量光束进行调制 ,提高了系统的测量精度。高频信号和低频信号分开处理 ,消除了信号的相互干扰。实验结果反映了系统良好的线性度。线性回归的相关系数达到 0 .9999,相对测量精度为 3× 10 - 4 。     

激光雷达坐标测量系统的测角误差分析

为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器,在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上,建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知,在距离10m处,这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m,447.9m和242.4m。结果表明,在激光雷达坐标测量系统设计中,为保证在大空间测量中仍有很高测量精度,必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差,并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。     

一种新型激光智能水位测量系统的研制

在港口中测量船舶吃水度时,国内外主要通过人工 读水尺的方法,不仅危险性大,且测量精度不高。激光的高度相干性、高度单色性、方向性 强、亮度高等特性使其在激光测距领域具有广泛的应用前景。本文采用相位法激光测距仪作 为无合作目标激光水位传 感器,研制了一种新型激光智能水位实时在线测量系统。 进行了实验室和现场实验,验证了系统的应用范围及测量精度。结果表明,在水面静止且水 质浑浊度大于 300NTU的情况下,测量精度为±1.5mm;在 水面晃动情况下,测量周期为1min和3min时水位数据的离散性较大,测量周期为5min时 测量精度可达±3mm。系统的最大测量距离可达12m。     

机载激光测深后向散射光雷达方程

根据《海水中光束传播唯象模型》和水下辐射度反射率定律，将海水中任一深度的激光束，分为准直光部分和非准直光（散射）部分，并分别计算机载光学接收系统接收到的准直部分和非准直部分的后向散射功率，建立了机载激光测深系统后向散射光雷达方程。通过对该雷达方程的分析，得到了当海水深度以衰减长度的个数表示时，机载激光测深系统接收到的海水后向散射光功率最大值点对应的水深与海水的单粒子反照率有关，而与海水的衰减系数无关的结论，以此可测定海水散射系数、吸收系数。文中也分析了系统视场角对后向散射包络的影响，阐述了后向散射包络以有效衰减系数指数衰减，而不是以光束衰减系数指数衰减。     

直升机传动系统同轴度测量设备的设计

介绍了一种使用激光光束作为基准线来测量直升机传动装置同轴度的新型方法,详细阐述了该系统的工作原理、软硬件实现方案。在系统的硬件设计中,通过准直透镜和聚焦透镜的引入,提高了系统的稳定性和测量精确度;测量采用基于图像处理的软件读数,极大地降低了维修人员对测量工作经验的依赖,提高了工作效率。现场试用证明系统可以及时、准确地测量出直升机传动系统的同轴度。     

飞机表面划痕的非接触测量

介绍飞机表面划痕非接触测量的激光三角扫描法。在分析被测表面散、反射特性的基础上给出了激光三角测头正确放置方式和提出改善测量精度的测头姿态调整法和表面喷涂法。实验证明了上述方法的可行性。测量系统具有非接触测量、工作距离大、测量范围宽、精度高、结构简单、成本较低的特点。     

无人机载激光线扫描浅滩三维成像研究

设计了一种基于三角法线扫描的无人机载激光雷达三维成像系统。系统以520 nm线激光为光源照射目标,利用无人机扫描获取目标的三维数据。文章设计了无人机载激光线扫描系统的硬件系统,构建了线激光水下折射三维坐标解算模型,提出了水上、水面与水下激光条纹提取的图像处理方法,并利用研制的雷达系统进行了近海浅水区域无人机扫描实验。实验结果表明,系统利用IMU及GPS能够有效提升三维图像的准确性,快速获取目标区域水上及水下目标的三维数据,平均距离分辨率达到3 cm,具有速度快、精度高、成本低的优势,在近岸浅海区域的大范围高速三维成像领域具有广阔的应用前景。     

四路激光跟踪三维坐标测量系统最佳布局

四路激光跟踪三维坐标测量系统的测量精度在很大程度上取决于四路干涉仪的布局。系统地研究了四路激光跟踪三维坐标测量系统的布局优化问题,以被测点的位置几何精度衰减因子(PDOP)最小为目标进行优化,得到了三种系统最佳测量布局。考虑到系统自标定对布局的要求以及目标靶镜接收角范围的限制,得到了一种具有实用价值的系统最佳布局。     

大型机械零部件孔同轴度测量技术研究

本文提出测量大型机械零部件孔同轴度的新方法。采用单模光纤尾纤半导体激光器作光源的激光准直系统为测量提供的基准线。同轴度由多个截面的光斑中心坐标值和圆周采样数据按一定的算法计算。测量结果表明,该方法具有良好的可行性和灵活性。该系统可用于大孔同轴度的高精度测量。     

自触发脉冲激光测距飞行时间测量研究

提出一种新型脉冲激光测距方法——自触发脉冲飞行时间激光测距方法。运用该方法有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测量精度和缩短测量时间两者之间的矛盾。对该方法及本质特点进行了详细描述和理论分析,并给出用于描述该方法的基本方程。其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度。设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距飞行时间测量系统。CPLD的使用提高了测量精度,并且结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能便携式的激光测距仪。     

基于时间差法主动调焦式激光测头的研究

在研究动态主动调焦法测量原理的基础上,提出一种新型的动态主动调焦式激光测头的检测方法。该检测方法的核心原理是将位移量的测量转换成了时间差的测量,从而简化了激光测头的结构,提高了激光测头的测量精度和稳定性。介绍了所设计的高精度激光测头测量系统,并对激光测头进行了动态特性的实验。结果表明激光测头的测量分辨力为0 .075μm,测量线性度为0. 45μm,测量范围为±0 .1 mm。