大尺寸運動物體的激光掃描檢測系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著民航機場信息化改革的需要，智能化飛機泊位系統(tǒng)取代人工引導(dǎo)方式成為大勢所趨，基于民航機場的需求，針對現(xiàn)有飛機泊位引導(dǎo)系統(tǒng)的不足，本文提出結(jié)合圖像識別法和激光掃描檢測法，利用其優(yōu)勢互補的特點，實現(xiàn)高精度、高可靠性的飛機泊位引導(dǎo)系統(tǒng)，并詳細介紹了該系統(tǒng)中激光掃描子系統(tǒng)的原理及設(shè)計方法。
　　針對現(xiàn)有激光掃描儀的掃描范圍和掃描速度的限制，本文提出采用雙振鏡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)激光掃描系統(tǒng)的方法，以滿足對大尺寸移動物體的掃描要求。結(jié)合系統(tǒng)的應(yīng)用場景

2、，給出其總體設(shè)計方案，并完成了系統(tǒng)的理論分析、誤差分析與校正、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計等工作。
　　針對雙振鏡結(jié)構(gòu)中存在的誤差，本文根據(jù)其機械尺寸和幾何關(guān)系，通過對其建立數(shù)學(xué)模型，計算空間內(nèi)任一點的坐標表達式，從空間坐標解析的表達式中分析系統(tǒng)誤差的來源。并計算了系統(tǒng)在六個自由度上允許的最大安裝傾角，以及安裝高度的最大輸入誤差。針對系統(tǒng)中測距誤差、角度誤差、非線性誤差，本文分析了誤差產(chǎn)生的原因，并給出了相應(yīng)的校正方法，提高激光測距儀

3、的測距精度的同時，減小電機轉(zhuǎn)動的角度誤差，并消除掃描軌跡的枕形誤差。
　　針對步進電機參考零點的不確定性，本文介紹了系統(tǒng)物理零點的選取依據(jù)，并給出應(yīng)用于不同場合，系統(tǒng)快速回到零點的多種方法。針對激光測距儀多次定點測量會產(chǎn)生多類距離值的問題，本文采用對數(shù)據(jù)分堆處理的方法，分別計算每堆數(shù)據(jù)的均值和概率，提高距離測量的精度。對于掃描數(shù)據(jù)的處理方法，本文通過多值平均、數(shù)據(jù)裁剪、中值濾波、角度校正、速度補償?shù)确椒?，使二維掃描曲線更接近真實曲

4、線，并且可實現(xiàn)對移動的物體進行三維掃描。
　　本文采用ARM+FPGA架構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的掃描控制器，ARM主要用于設(shè)備間通信、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理，F(xiàn)PGA則主要產(chǎn)生步進電機的控制時序，充分發(fā)揮每種器件的優(yōu)勢，提高了掃描系統(tǒng)的掃描精度，增強了設(shè)計的靈活性。本文給出了系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)方法，包括掃描控制器的硬件電路設(shè)計、主控制器的軟件設(shè)計、電機控制時序的產(chǎn)生、配置軟件可視化界面的設(shè)計，最后對系統(tǒng)進行了全面的測試，測試結(jié)果驗證了理論分析的結(jié)果