车载大气探测激光雷达收发匹配研究

作     者：尹宇阳 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院精密测量科学与技术创新研究院) 

学位级别：硕士

导师姓名：李发泉

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 070601[理学-气象学] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0706[理学-大气科学] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：车载激光雷达 收发匹配 收发同步 

摘      要：激光雷达是一种主动光学遥感设备,在大气探测方面具有明显优势。车载激光雷达具有更好的灵活性。接收发射的空间稳定匹配和时间同步是激光雷达稳定运行的重要保障。分立式车载激光雷达的接收单元和发射单元分别集成在两辆车上,这对激光雷达的收发匹配和时间同步提出了更高的要求。本文利用重力方向为基准进行收发匹配,利用GNSS时间为基准实现激光雷的收发同步。进行了以下研究工作:(1)对分立式车载激光雷达的收发匹配进行了系统设计。利用倾角仪,将激光发射方向、望远镜视场方向和激光发射架上反射镜法线的方向纳入重力参考系中。用计算机控制激光发射架以改变激光出射方向,根据光的反射定律调节激光发射架上反射镜法线的方向,以此来维持收发匹配。该方法可用于解决分立式车载平台角度变化引起的收发失配问题。(2)研制了一种以挠性架为主体,装有一体化反射镜架和倾角仪的激光发射架。对激光发射架进行了编程控制及参数分析。该激光发射架更适用于车载激光雷达。(3)将各激光器和光学镜片等集成在一个光学平台上,使光学平台的角度变化可以代表激光出射方向的角度变化。将各望远镜固定在统一的支架上,使各望远镜之间的相对运动保持一致。根据车载中高层风温激光雷达的激光入射、出射方向计算了其反馈调节的数学关系,并编写python程序。随后进行了车载激光雷达收发匹配维持实验。(4)将GNSS时间应用于激光雷达中,并以此为时间基准实现激光雷达的同步收发。在车载中高层风温激光雷达中,利用两个基于GNSS时间的时间服务器分别控制Nd:YAG激光器的灯触发、Q触发以及采集卡的采集触发,并以此实现了收发同步,并获得了正确的回波信号。提出了用GNSS时间作为基准来解决激光雷达信号串扰的方案。