立木樹干移動探測算法誤差補償研究項目研究報告(已修改)
2025-01-30 22:57 本頁面
【正文】 項目研究報告論文：立木樹干移動探測算法誤差補償研究摘要當前，障礙藥帶精準對靶施藥技術的最首要的問題：如何自動準確的獲得樹木樹干的位置、輪廓等特征信息，這個問題也是制約其實現的瓶頸所在。激光測距為非接觸式測量，利用了激光的反射性原理。采用LMS511激光掃描儀（2D型的激光掃描儀），采集樹干的輪廓信息。利用最小二乘法得到KASA算法、MLS算法、AI算法三種定位識別算法，利用VC++將這三種算法編成程序，LMS511激光掃描儀測得數據分別采用KASA算法、MLS算法、AI算法，對樹干進行定位識別。記錄下三種算法測得的數據，對三種算法測得的數據與人工測量數據進行對比，分析這些算法所測得數據的誤差變化規(guī)律，對三種算法的誤差精度進行對比。從而選定最合適的定位識別算法，以實現立木樹干的精準、自動、快速識別，從而為精準是要提供信息。關鍵詞：激光測距，LMS511，激光掃描儀，定位識別算法，誤差分析1緒論、原理及其優(yōu)點激光測距機是指利用射向目標的激光脈沖或連續(xù)波激光束測量目標距離的一種距離測量儀。利用激光脈沖的稱為脈沖激光測距機，利用連續(xù)波激光束的稱為連續(xù)波激光測距機。 激光測距是光波測距中的一種測距方式，如果光以速度在空氣中傳播在A、B兩點間往返一次所需時間為，則A、B兩點間距離可用下列表示。式中：表示測站點A、B兩點間的距離； 表示光在大氣中的傳播速度； 表示光在站點A、B之間的往返時間。 激光接收機由接收光學系統(tǒng)、光電探測器和放大器、接收電路和計數顯示器組成，其作用是接收從目標漫反射回來的激光脈沖回波并計算和顯示目標距離。激光電源由高壓電源和低壓電源組成，其作用是提供電能。激光測距機的工作原理是利用脈沖激光器向目標發(fā)射單次激光脈沖或激光脈沖串，計數器測量激光脈沖到達目標并由目標返回到接收機的往返時間，由此運算目標的距離。其工作過程是：首先瞄準目標，然后接通激光電源，起動激光器，通過發(fā)射光學系統(tǒng)，向瞄準的目標發(fā)射激光脈沖信號。同時，采樣器采集發(fā)射信號，作為計數器開門的脈沖信號，起動計數器，鐘頻振蕩器向計數器有效地輸入鐘頻脈沖，由目標反射回來的激光回波經過大氣傳輸，進入接收光學系統(tǒng)，作用在光電探測器上，轉變?yōu)殡娒}沖信號，經過放大器放大，進入計數器，作為計算器的關門信號，計數器停止計數。計數器從開門到關門期間，所進入的鐘頻脈沖個數，經過運算得到目標距離，在顯示器上顯示出來[1]。由于激光器與普通光源有顯著的區(qū)別，它利用受激發(fā)射原理和激光腔的濾波效應，使得所發(fā)光束具有一系列特點：激光有小的光束發(fā)散角，即所謂的方向性好或準直性好；激光的單色性好，或者說相干性好，普通燈源或太陽光都是非相干光；激光的輸出功率雖然有限度，但光束細，所以功率密度很高，一般的激光亮度遠比太陽表面的亮度大。因而采用激光器做光源的測距儀也就有一些優(yōu)于其他測距儀的特點。 高精度是激光測距最大的一個優(yōu)點，激光測距的誤差僅僅取決于儀器的精度，與實際操作者的操作和被測距離都無關。通常，戰(zhàn)術激光測距儀的誤差一般再5m以內，科學實驗用到的測距儀精度更高，例如，由于在月球上安放有角反射器（合作目標），最好的測距距離是 384401km，誤差僅為10cm，而將激光測距應用在衛(wèi)星的精密測軌上，精度可以達到lcm。在日本，將測距設備用于預防地震的長距離監(jiān)測系統(tǒng)，全程84km，誤差小于lmm[2]。 小型化重量輕是測距設備的一個重要特點。在軍事裝備上的激光測距儀，體積小巧，只有普通手機那么大，重量只有 10kg， 而最小測距儀的重量僅有 [3]。激光由于其具有很好的方向性和干涉性，所以激光的散射角很小，一般可達到 1/20mrad，因此，在實際的應用中，激光不需要很大的天線，只要直徑為 的天線即可發(fā)射出小發(fā)散角的激光光束，而想要讓微波也能發(fā)射出同樣發(fā)散角的光束，只需天線的直徑達到305m 以上即可。，抗干擾能力強 要求一定的分辨率和具備足夠的抗干擾能力是設備必須達到的技術指標，激光所具有的的窄光束和短脈沖寬度的特點，不但大大提高了微波的橫縱雙向的目標分辨率，而且還使得其不會受到電磁波和地波的干擾。例如，在導彈的初始階段，微波測距由于受到地波的嚴重干擾，使其不能得到應用，而激光卻能在此發(fā)揮良好的作用。在微波雷達中結合激光測距儀進行應用，可以充分發(fā)揮激光波速窄的特點，能有效的彌補微波雷達低仰角工作時受地面干擾的不足。而如果將激光測距與光學經緯儀、紅外及電視跟蹤系統(tǒng)相結合，組合而成光電跟蹤測量系統(tǒng)，不但可以作為靶場試驗的測量設備，還可以用作武器的光電火力控制系統(tǒng)。目前，該激光測距儀在地面火炮的火控系統(tǒng)以及坦克火炮的控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，大大地提高了命中率[4]。 測距在軍事和民用方面都有廣泛的用途。傳統(tǒng)的測距方法主要有超聲波測距和射頻電磁波測距等。激光作為測距手段，其方向性明顯優(yōu)于前二者，而且激光具有良好的抵抗電磁波干擾的能力，尤其在探測距離較長時，激光測距的優(yōu)越性更為明顯。
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