基于APD阵列的三维成像激光雷达系统研究

admin · 发表于 2022-9-21 13:28:27

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基于盖革模式雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode，APD）阵列的三维成像激光雷达是一种非扫描三维成像激光雷达，它可以通过单脉冲激光成像，无需机械扫描装置，实现实时三维成像。由于没有复杂笨重的机械扫描装置，克服了传统扫描激光雷达扫描帧率低、视场小、体积大等题目，具有高帧率、宽视场、体积小的特点，适用于机载进行实时三维成像，来探测地面目标。本文首先分析了三维成像激光雷达研究现状，并阐述了激光雷达的相关理论，尤其对盖革模式APD的性能进行了详细的分析。根据机载激光雷达的要求，对机载三维成像激光雷达系统进行设计，包括雷达探测体制、激光器和探测器的选取以及对光学系统的要求，并确定了该系统的性能指标。针对盖革模式APD阵列的特点，对该机载激光雷达的三维成像进行仿真。仿真包括①建立大地坐标系和机载激光雷达坐标系，通过坐标转换和光线追踪法对场景建模，文中分别对锥体和坦克进行三维建模；②对单个盖革模式APD的探测性能进行仿真，在此基础上给出仿真单个APD像元探测距离的方法；③结合光学系统和APD阵列的结构特点，分别仿真锥体和坦克经过该激光雷达系统所成的角-角-距离像，并通过坐标变换得到他们在大地坐标系中的三维图像。最后，为了验证该激光雷达系统的可行性，考虑国内的盖革模式APD阵列探测器器件水平，设计了一套基于4×4像元APD阵列的激光成像雷达验证方案。

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