基于运动非合作目标激光测距精度提高方法研究

• 作 者: 卓郡
• 出 处: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 脉冲激光测距 目标方位预测 扩展卡尔曼滤波 无迹卡尔曼滤波

运动非合作目标位置预测越准确,飞行时间测量越精确,目标测距精度也越高。本文根据实际应用建立了运动非合作目标主动测距、被动测角相结合的三维空间数学模型以及运动模型。为了提高测距精度,本文从目标跟踪预测精度和脉冲激光测距装置对激光飞行时间测量精度两个方面来讨论。首先,针对目标的运动特性,建立了目标运动数学模型和状态空间模型,介绍了卡尔曼滤波的原理和它的改进算法扩展卡尔曼滤波与无迹卡尔曼滤波。运用扩展卡尔曼滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法对目标的位置或方位进行预测仿真,验证两种算法预测的目标位置与目标运动实际位置的误差。然后分析和对比了扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的优缺点和预测精度。然后,就脉冲激光测距装置的组成进行了分析和设计,主要包括:脉冲半导体激光发射技术、光信号接收和处理技术、时刻鉴别及测量技术。根据对半导体激光器驱动原理的分析,设计了大电流、窄脉冲半导体激光发射单元电路;分析了APD光电转换器的工作原理,设计了光电转换单元电路以及相应的放大整形电路;通过对时刻鉴别技术原理的分析和对比,设计了恒定时刻鉴别电路。为了减小时间间隔测量误差,对比了多种时间间隔测量方法的复杂度和精度,选择了高精度时间测量芯片TDC-GP2,并根据该款芯片的数据手册设计了它的外围电路作为计时模块,测时精度达50ps量级。最后,本文就预测算法和时间测量两个方面对非合作运动目标测距精度的影响做出了分析和总结。运动非合作目标位置预测越准确,飞行时间测量越精确,目标测距精度也越高。