● 摘要
机载激光雷达(LiDAR，Light Detection And Ranging)系统是一种主动式的对地观测遥感技术，以3D点云的形式提供高程数据。由于机载飞行平台在飞行过程中受到复杂内外部因素的影响而导致飞行平台非理想直线运动，导致测量映像数据坐标的偏移，进而引起成像数据的严重畸变。瞄准姿态角误差这一造成三维激光雷达成像像质退化的主要原因，本文研究在基于激光雷达系统设备不变的前提下，开发一套二维补偿平台系统，将扫描振镜和旋转电机嵌装在二维补偿平台装置里，通过机械方法来高精度实时补偿因飞行平台非理想运动引起的滚动角和俯仰角偏差。本课题的主要研究内容为二轴补偿平台建模、平台控制系统的硬件电路搭建设计、上位机控制界面编写，平台控制方法实现及系统实验搭建及分析，研究工作如下：(1) 综述了LiDAR系统背景、国内外稳定平台发展现状，对引起平台像质退化各种因素进行分析以及稳定平台应用领域及稳定精度进行调研，总结了伺服控制技术的发展现状。(2) 分析二轴补偿平台机械结构，以二轴补偿平台驱动部件二相混合式步进电动机为主要建模对象，研究分析目前应用比较广泛三种建模方法，因无法获得全部电机内部参数只能简化模型，用实验的方法对所建模型未知参数进行辨识，为平台控制方法的仿真分析奠定基础。(3) 完成以AT91RM9200芯片为核心搭建控制电路，完成与PC机通信、POS通信、两光电编码器通信四个串口以及相关IO的设计；基于Microsoft Visual Basic 6.0完成对上位机控制界面的编写。(4) 二轴补偿平台控制方法的研究；分析并对比前馈反馈控制方法与模糊PID控制方法优缺点，并提出一种双闭环模糊控制方法，达到增强系统抗干扰的能力，降低系统在稳态时振荡，加快系统响应速度，实现高精度、高鲁棒性控制。(5) 对二轴补偿平台的性能进行测试及分析，并结合三轴转台和POS搭建机载激光雷达半物理仿真实验平台，验证二轴补偿平台实际补偿姿态扰动的效果。