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基于双振镜的激光扫描系统的设计与实现

孙琳洋  
【摘要】:激光技术的快速发展和交通行业的日益繁忙促使交通系统的智能化和现代化的提高。飞机作为当前主要交通运输工具的使用量的增加加剧了飞机调度和机场管理的工作强度。为了降低机场日益繁重的工作强度和提高机场运行效率,论文研究了飞机泊位引导系统中的基于双振镜的激光扫描系统。基于双振镜的激光扫描系统采用激光扫描技术,通过控制双振镜系统的水平步进电机和垂直步进电机的角度改变,完成扫描范围内的空间物体的轮廓提取和识别。在激光扫描系统的研究过程中,论文首先分析了针对飞机特定的扫描物体的轮廓提取的扫描方式,根据飞机机型参数和机身特征,提出了基于特征点匹配的激光扫描策略,采取这种扫描方式可保证激光扫描系统有效地对飞机外形进行描绘和识别;然后论文分析了激光扫描系统的关键技术,对空间坐标转换、激光数据的预处理和步进电机的工作方式进行了讨论,依据飞机泊位过程的精度要求和时间要求,系统确定了激光数据的字节精简及数据去噪的预处理方式和步进电机的工作频率与电机细分数等参数。在系统的关键硬件的构成中,论文讨论了激光扫描系统的主控制器AVR32的控制模块和命令、数据通信电路的硬件设计、电机控制单元FPGA与主控制器AVR32之间的命令同步电路和电机并联驱动电路、激光测距模块的连续测量模式的电路设计以及系统的电源模块。论文最后讨论了激光扫描系统的扫描命令协议和系统软件设计,主控制器AVR32通过移植嵌入式实时操作系统uC/OS-II完成命令解析、执行和回送数据的功能。电机控制单元FPGA通过程序实现电机任一方向下的可选频率的转动。系统根据双振镜结构特点和机场应用环境,提出了双振镜系统的物理零点确定的自适应算法和双振镜系统的回零校准的临界值算法。通过机场飞机的实际入坞引导测试,激光扫描系统满足飞机入坞的不同阶段引导过程的精度和时间要求,实现了飞机泊位引导的功能。


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