激光扫频干涉测距的改进及激光偏振成像控制

admin · 发表于 2022-9-27 10:18:17

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激光具有普通光所不能比拟的优越特性，如高度相干性、单色性，这些特性使它在工业、农业等科学实验和应用中具有广泛的应用前景。激光扫频干涉测距技术和激光雷达偏振遥感成像技术是目前激光领域内的研究热点。其中激光扫频干涉测距技术可以应用于超高精度的距离测量和跟踪系统，其测量精度可以达到亚毫米精度；而激光雷达遥感偏振成像技术可以在目标识别，特别是不同材料的区分领域中发挥巨大作用。本文针对这两种技术的具体要求，分别对其进行了理论和实验的研究。本论文的主要研究成果如下：首先分析了激光扫频干涉测距系统的原理和实验系统，试验中发现该系统十分复杂，使用大量传统光学器件，光路调节起来十分不便；而且其抗震动能力很差无法适用于星载探测。其中Fabry-Perot腔作为测距技术的核心部分，十分重要。但是由于放置在真空泵内，对其调节是最困难的。经过研究发现光纤环形腔的工作原理与其十分相似，但是具有体积小、重量轻、调节方便的特点。根据这些优点，提出了基于光纤环形腔的半导体激光器稳频方法，并对其从理论上进行了计算和验证。使用Labview软件对线宽为270 kHz、精细度为1260的光纤环形腔的Pound-Drever-Hall鉴频曲线进行仿真。通过对鉴频曲线的分析发现，该曲线在谐振频率点附近有很陡的坡度，说明其对频率的变化十分敏感，可以达到非常好的稳频效果，实现高精度测距的目标。在激光偏振成像方面，首先介绍了激光雷达遥感偏振成像的理论与实验装置。在对激光雷达遥感偏振成像系统理论及其装置进行研究的基础上，结合相应接口编程的特点，完成了系统控制及数据采集软件，并获得了大量实验图像。使用图像配准算法-SIFT算法并结合图像增强技术计算获得了目标的偏振图像。最后选用了偏微分方程法中的Peroa-Malik方程对偏振图像进行平滑滤波。处理后的图像噪声在很大程度上得到了抑制，而且图像边缘保存完整。在这些偏振图像中，不同材料的消偏振度得以显示和区分，这充分证明了激光雷达偏振遥感成像在材料分辨方面的巨大优势和研究潜力。

激光扫频干涉测距的改进及激光偏振成像控制

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