采用半解析蒙特卡洛技术模拟星载海洋激光雷达回波信号的软件

采用半解析蒙特卡洛方法,开发了一套星载海洋激光雷达回波信号的仿真系统。通过输入激光雷达系统参数和仿真的环境参数,该系统能够模拟具有不同光学特性的大气和海洋的激光雷达回波信号。同时该仿真系统设计了用户友好的软件界面方便用户对输入参数进行操作,并直观地看到输出结果。利用该系统进行了多种仿真,例如不同类型水体以及不同散射相函数的情况,并将仿真结果与理论的激光雷达信号做了对比,具有较高的一致性。该系统对星载海洋激光雷达探测机理的研究有一定的指导意义。     

基于相位相关滤波与点云特征的激光点云配准方法

文中针对激光点云配准效率低和处理时间长的问题,提出一种基于相位相关滤波结合特征的扫描配准方法。扫描配准算法被解耦为旋转匹配与平移匹配两个步骤。在旋转匹配中,霍夫描述符提取的线段特征结合相位相关滤波得到具体的旋转量。平移匹配主要基于点云的边界特征,使用相位相关滤波处理提取到的特征,得到准确的x和y方向的平移量。与传统的迭代最近点(ICP)相比,提出的配准策略在处理静态数据时错误率降低了89.2%,处理时间降低了91.6%。同时,动态数据实验表明提出的方法具有较低的中位数和更好地一致性。     

煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统及路径规划方法研究

针对常规机器人导航系统采用单一类型地形识别传感器,观察维度单一等问题,对煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统进行研究,使用远近感知系统数据融合,提高机器人避障能力。由激光扫描仪采集的二维点云数据建立远距离地形信息,由Kinect相机采集的地形深度信息建立近距离地形信息。基于PCL模型,应用像素遍方法,实现观测信息的采集与云图像的构建。使用2.5维栅格地图构建方法得到近距离环境地形信息。使用Dijkstra算法进行了路径规划研究,建立了融合路径长度和地面危险度等级的目标函数。通过仿真研究验证了本文提出的最优路径减小机器人行走过程的俯仰角、侧倾角的波动幅度。     

基于力传感的系留无人机定位方法研究

在无GPS或弱GPS环境下,系留无人机通常采用激光雷达或视觉进行定位,由于受距离和光线的影响,无法实现精准定位。针对该问题,提出了一种基于力传感的系留无人机绳缆定位方法。系留无人机在室内飞行时,绳缆的状态可等效于悬链线,通过建立系留无人机悬链线模型,可有效估计无人机所处空间位置。使用基于力传感器的无人机、硅胶绳缆、绕线机搭建测试平台,绳缆定位数据与MarveImind的Indoor“GPS”标定无人机的位置做误差对比分析。实验结果表明:基于力传感的系留无人机定位方法,相较于Fotokite Pro无人机绳缆定位方法,定位精度提升了70.86%。该定位方法的提出,有利于系留无人机在无GPS环境下的稳定飞行。     

一种基于地磁信号的激光同时定位与建图的闭环 检测方法

激光同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术在激光干扰或结 构高度相似的环境中,容易产生闭环误检。针对这一问题,该研究提出一种闭环粗匹配与地磁特征 筛选闭环检测算法。通过在闭环检测环节中加入地磁匹配算法,对候选闭环检测位姿节点集进一步 筛选,降低了传统激光闭环检测的误检现象,并对定位与建图环境中由于反射与透射干扰而引起的误 检测与建图失真进行修正。该研究采集了真实的激光点云与地磁信号数据集,并将所研究算法与传统 激光 SLAM 进行了对比。实验结果显示,该算法在匹配速度和准确率上都有明显提升,与 Google 的 Cartographer 算法相比,在闭环检测速度上提升了 31%,在 0.8 召回率的情况下闭环检测的误检率降低 了 23%,提升了 SLAM 技术在激光干扰条件下工作的稳定性。     

探测大气压力的差分吸收激光雷达的一种光发射机

介绍了一种氧气A带差分吸收激光雷达发射机,试图用于大气压力探测实验.该激光发射机是基于种子注入的光参量振荡器和光参量放大器的结构.作为从振荡器,采用一个环形腔KTP光参量振荡器.作为注入种子的主振荡器,即一个连续波外腔调谐二极管激光器.该连续波外腔调谐二极管激光器,由高精度的波长计构成的一个PID(Proportional-Integral-Derivative)伺服控制环,稳定其工作波长.向光参量振荡器的谐振腔注入连续波的种子激光,通过"Ramp-Hold-Fire"技术,锁定OPO(Optical Parametric Oscillator)谐振腔的腔长.该激光发射机具有高的光频率稳定性(30 MHz/rms)、窄的线宽(傅立叶转换限)、高的脉冲能量(≥45 mJ)等性能,能够在工作期间保持稳定.发射机系统以单纵模式工作,使得差分吸收激光雷达对后向散射光信号的窄带探测成为可能.因而此类系统具有精确探测大气压力的发展潜力.     

一种用于TOF激光雷达的多通道时数转换芯片设计

时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)是一种将连续时间信号转换为数字信号输出的器件,是飞行时间(TOF)激光雷达中的关键部件.在利用计数器粗采样和多相位内插细采样的传统结构上,设计了一种基于相位内插的双级粗细结合型时间数字转换电路,并增加了双回波接收通路来接收多脉冲回波信号,在此基础上设计了一款17通道多路TDC系统芯片.芯片采用CMOS 0.11 μm工艺设计,版图面积为0.6 mm×3 mm.后仿真结果显示,在1.2 V电源下其功耗小于100 mW,单输入精度平均值为51.7 ps,动态范围为3.4 μm,且线性度良好.该TDC芯片适用于飞行时间脉冲激光雷达的信号计时.     

1.5微米大气探测激光雷达研究进展（特邀）

激光雷达拥有探测距离远、探测精度高、时空分辨率高、探测参数多样等优点,是大气探测的重要手段。对比常见的可见光波段激光雷达,1.5 μm大气探测激光雷达有独特优势,包括人眼安全、全光纤结构、穿透云雾能力强和昼夜连续探测等。2015年,世界首台单光子频率上转换气溶胶探测激光雷达诞生,实现了6 km距离高时空分辨率的气溶胶分布连续探测。在此之后,1.5 μm大气探测激光雷达在国内外迅速发展。按照探测方式区分,1.5 μm大气探测激光雷达进展分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达两类。直接探测激光雷达包括单光子频率上转换激光雷达、单光子频率上转换测风雷达、超导双频测风激光雷达、超导偏振激光雷达、多模单光子探测云激光雷达和单光子光谱遥感激光雷达。相干探测激光雷达包括偏振探测相干激光雷达、格雷编码相干测风激光雷达和大气多参数探测相干激光雷达。这些雷达的探测目标包括大气气溶胶（云）、能见度、偏振、风廓线、湍流耗散率、气体浓度、降水（雨滴谱）,并且单台雷达拥有多参数同时探测的能力。     

深圳地区多普勒测风激光雷达的湍流观测

激光雷达可以快速实现对大气风场的非侵入测量, 获得精确三维风矢量。为验证测风激光雷达观测湍流的可 行性并获得湍流观测特征, 利用相干多普勒激光雷达在深圳杨梅坑进行湍流观测实验。依据 Reynolds 分解原理, 应用 小波分解获取湍流脉动并分析大气的湍流运动特征。结果表明: 观测地日平均湍流强度呈现“单峰单谷”结构, 与实验 期间气温的变化呈现较高相关性; 湍流动能引起垂直方向上的输送主要集中在日间 12:00 后, 与湍流耗散率的相关系 数达 0.77; 湍流功率谱密度在惯性副区内基本符合 Kolmogorov“-5/3” 定律。研究结果验证了测风激光雷达可以较为 精确地估算湍流参数。