立木樹干移動探測算法誤差補(bǔ)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(bǔ)償研究摘要當(dāng)前，障礙藥帶精準(zhǔn)對靶施藥技術(shù)的最首要的問題：如何自動準(zhǔn)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(xiàn)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(shù)據(jù)分別采用KASA算法、MLS算法、AI算法，對樹干進(jìn)行定位識別。記錄下三種算法測得的數(shù)據(jù)，對三種算法測得的數(shù)據(jù)與人工測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析這些算法所測得數(shù)據(jù)的誤差變化規(guī)律，對三種算法的誤差精度進(jìn)行對比。從而選定最合適的定位識別算法，以實現(xiàn)立木樹干的精準(zhǔn)、自動、快速識別，從而為精準(zhǔn)是要提供信息。關(guān)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(jī)是指利用射向目標(biāo)的激光脈沖或連續(xù)波激光束測量目標(biāo)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(jī)，利用連續(xù)波激光束的稱為連續(xù)波激光測距機(jī)。 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(jī)由接收光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器和放大器、接收電路和計數(shù)顯示器組成，其作用是接收從目標(biāo)漫反射回來的激光脈沖回波并計算和顯示目標(biāo)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(jī)的工作原理是利用脈沖激光器向目標(biāo)發(fā)射單次激光脈沖或激光脈沖串，計數(shù)器測量激光脈沖到達(dá)目標(biāo)并由目標(biāo)返回到接收機(jī)的往返時間，由此運算目標(biāo)的距離。其工作過程是：首先瞄準(zhǔn)目標(biāo)，然后接通激光電源，起動激光器，通過發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，向瞄準(zhǔn)的目標(biāo)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(shù)器開門的脈沖信號，起動計數(shù)器，鐘頻振蕩器向計數(shù)器有效地輸入鐘頻脈沖，由目標(biāo)反射回來的激光回波經(jīng)過大氣傳輸，進(jìn)入接收光學(xué)系統(tǒng)，作用在光電探測器上，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號，經(jīng)過放大器放大，進(jìn)入計數(shù)器，作為計算器的關(guān)門信號，計數(shù)器停止計數(shù)。計數(shù)器從開門到關(guān)門期間，所進(jìn)入的鐘頻脈沖個數(shù)，經(jīng)過運算得到目標(biāo)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(yīng)，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(zhǔn)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(xì)，所以功率密度很高，一般的激光亮度遠(yuǎn)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(guān)。通常，戰(zhàn)術(shù)激光測距儀的誤差一般再5m以內(nèi)，科學(xué)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(biāo)），最好的測距距離是 384401km，誤差僅為10cm，而將激光測距應(yīng)用在衛(wèi)星的精密測軌上，精度可以達(dá)到lcm。在日本，將測距設(shè)備用于預(yù)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(shè)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(jī)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(dá)到 1/20mrad，因此，在實際的應(yīng)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(dá)到305m 以上即可。，抗干擾能力強(qiáng) 要求一定的分辨率和具備足夠的抗干擾能力是設(shè)備必須達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，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(biāo)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(dǎo)彈的初始階段，微波測距由于受到地波的嚴(yán)重干擾，使其不能得到應(yīng)用，而激光卻能在此發(fā)揮良好的作用。在微波雷達(dá)中結(jié)合激光測距儀進(jìn)行應(yīng)用，可以充分發(fā)揮激光波速窄的特點，能有效的彌補(bǔ)微波雷達(dá)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(xué)經(jīng)緯儀、紅外及電視跟蹤系統(tǒng)相結(jié)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(shè)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(yīng)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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