车载测风激光雷达接收系统的改进及惯导技术应用

论文摘要

大气激光雷达已逐渐成为探测大气风场的手段之一,其逐步由地基激光雷达发展为车载、船载、星载激光雷达。本文以中国海洋大学海洋遥感教育部重点实验室与电子科技集团第十四研究所合作研发的多普勒激光雷达系统为基础,在发展机载系统的背景下,分析了车载多普勒测风激光雷达动态测量下惯导技术的应用,并对多普勒测风激光雷达接收系统的改进进行了研究。在发展我国第一台机载非相干测风激光雷达系统中,惯性导航系统成为激光雷达系统中的重要组成部分。本文首先介绍了捷联惯性导航系统的基本的原理,定义了惯性系统的常用坐标系,阐述了惯性系统中常用的姿态矩阵算法。分析了惯性导航系统在车载激光雷达系统中的应用,并对车载激光雷达系统进行了两次移动测量实验(装有惯性导航系统和无惯性导航系统)。为验证多普勒测风激光雷达系统的可靠性和稳定性能否适用于机载实验,基于种子注入理论和振动理论,对两种不同的种子注入技术下的激光器进行了振动实验,并对实验结果进行了分析和比较。在成功进行机载飞行实验后,为了进一步的对多普勒测风激光雷达进行小型化,对现有的接收系统进行了改进。由于地基和车载的接收系统各自有不同的优缺点,本文对两个系统进行了比较和总结,对原来的碘分子滤波器进行了改进,完成了碘分子滤波器PID电路控制部分、碘分子滤波器机械加工部分以及整个系统机械模拟设计、加工、及搭建,并进行了核心部件碘分子滤波器实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 背景
• 1.2 本课题的研究背景和工作
• 2 惯性导航系统
• 2.1 捷联式惯性导航系统的基本原理
• 2.2 捷联惯性导航系统常用坐标系及坐标变换
• 2.2.1 常用坐标系
• 2.2.2 坐标系变换
• 2.3 姿态更新算法
• 2.3.1 欧拉角法
• 2.3.2 方向余弦法
• 2.3.3 四元素法
• 2.4 大气激光雷达系统的动态测量
• 2.4.1 XW-ADU5600惯性组合导航系统
• 2.4.2 惯性导航系统的输出数据内容
• 2.4.3 惯性导航系统的输出数据的应用
• 2.4.4 无惯性导航系统下的车载系统移动测量实验
• 2.4.5 惯性导航系统下的车载系统移动测量实验结果
• 3 机载激光雷达系统振动实验
• 3.1 实验理论基础
• 3.1.1 种子注入技术
• 3.1.2 振动理论
• 3.2 实验结果分析
• 4 测风激光雷达接收系统改进
• 4.1 测风激光雷达接收系统原理
• 4.2 接收系统的机械结构设计
• 4.3 碘分子滤波器温度控制系统
• 4.3.1 PID控制原理
• 4.3.2 碘分子滤波器控制原理
• 4.3.3 电路原理图
• 4.3.4 碘分子滤波器的系统结构
• 4.3.5 碘分子滤波器温度控制电路实验数据
• 4.4 碘分子滤波器实验
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历