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1、调频连续波目标捕获系统设计与测距方法研究Studyontargetcapturesystemandmethodofrangingmeasurementbyfrequencymodulatedcontinuouswave专业学位类别：仪器仪表工程作者姓名：吴博文指导教师：张福民副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二〇一七年十二月摘要大空间精密坐标测量是重大装备的制造,装配与科学研究的重要基石,在航空航天,国防工业,空间科技等领域占据着举足轻重的地位。高精度,实时,自动化以及大范围现场测量已成为大尺寸空间坐标测量发展的热门趋势。作为一种先进的激光测距
2、方法,调频连续波激光测距具有高分辨率,高精度,测距范围大及可实现无合作目标的非接触测量等优势,因而其在激光测量领域颇受青睐。与脉冲法和相位法等常用无合作目标激光测距方法相比,它具有更高的测距精度及测距分辨率,因此在10~100米的大尺寸空间坐标测量中具有更好的应用前景。就调频连续波激光测距系统而言,其测距原理的深入研究及探究能实现更高测距精度及分辨率的信号处理方法,是当今激光测距领域研究的主要方向之一。本文主要工作如下:1.基于大尺寸空间定位需求,设计了激光雷达单目视觉目标捕获系统及实现目标点捕获的流程;在已有转台控制协议及相关转台控制程序基础上,
3、进行了优化,添加了转台控制的相应功能;就某竖直平面目标点捕获提出了相关数学模型及系统中重要几何关系的调节方式,最终通过实验验证了对竖直平面上目标点捕获的可行性。2.进一步开展了调频连续波激光测距方法研究,深入研究了等光频间隔重采样方法,并在其基础上分析了两种相关重采样算法,通过实验评价了两者的优劣,并阐述了相应实验结果的机理。3.基于现有的重采样方法提出了调幅测距法,阐述了相应原理,并基于该方法提出了信号处理及频-距解算算法,进行了相应的调幅测距实验,比较了调幅测距法和重采样方法;并根据调幅测距及重采样测距的相应算法提出了一种新的重采样算法,在该算
4、法的基础上提出并实现了等1/4周期重采样方法,针对其测距精度进行了相关实验;提出了用CZT对频谱谱峰不断细化的算法,并将其与等1/4周期重采样方法相结合,最终通过实验验证其有助于测距分辨率及精度的提高。关键词:调频连续波,目标点捕获,调幅测距,等1/4周期重采样,CZT细化频谱IABSTRACTLargespaceprecisioncoordinatemeasurementisanimportantcornerstoneofthemanufacture,assemblyandscientificresearchforthelargeequipmen
5、t.Itoccupiesapivotalpositionintheaerospace,defenseindustry,spacescienceandtechnologyandotherfields.Highprecision,real-time,automationandwiderangefieldmeasurementhavebecomethehottrendoflargespacecoordinatemeasurement.Asanadvancedlaserrangingmethod,frequencymodulatedcontinuouswa
6、velaserrangingwithhighresolution,highprecision,largerangecanrealizethenon-contactmeasurementofnoncooperativetargetsandhassomeotheradvantages,soit’squitepopularinthefieldofthelasermeasurement.Comparedwithconventionallaserrangingmethodsfornoncooperativetargetssuchaspulsemethodan
7、dphasemethod,ithashigherrangingaccuracyandresolution,soithasabetterprospectforapplicationinlargespacecoordinatemeasurementof10~100meters.Forthefrequencymodulatedcontinuouswavelaserrangingsystem,theintensivestudyoftheprincipleofrangingmeasurementandtheresearchofsignalprocessing
8、methodwhichcanachievehigherlocationaccuracyandresolutionofthe
