شماره ركورد
25211
شماره راهنما
PHY2 814
عنوان
طراحي، شبيهسازي و بهينهسازي سامانهي اپتيكي ليدارهاي هوابرد براي نقشهبرداري جغرافيايي سهبعدي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك - اپتيك و ليزر
دانشكده
فيزيك
تاريخ دفاع
1404/07/07
صفحه شمار
154 ص.
استاد راهنما
دكتر محمد ملك محمد
كليدواژه فارسي
ليدار، كاليبراسيون، روبشگر، قطر پرتوي ليزر، نرم افزار ZEMAX، مولفههاي مهم اپتيكي، نمودارهاي موثر اپتيكي، فرستنده، گيرنده و بهينهسازي.
چكيده فارسي
سامانهي ليدار يك ابزار سنجش از راه دور است كه از پرتوي ليزر براي اندازهگيري فاصلهها استفاده ميكند و كاري كه اين فناوري انجام ميدهد شبيه به سامانهي رادار است، با اين تفاوت كه رادار با امواج راديويي كار ميكند و ميتوان گفت ليدار در زمينههاي نظامي، صنعتي و عمومي كاربرد دارد؛ بنابراين مطالعهي آن امري ضروري است. اين سامانه انواع مختلفي دارد كه در اين پژوهش از ليدار هوابرد استفاده شده است و مفهوم آن اين است كه سامانهي ليدار را روي يك وسيلهي پروازي به همراه روبشگر، نصب ميكنند، در نتيجه محدودهاي از مسير پرواز جاروب ميشود و براي ما يك نقشهي سهبعدي از مسير به ارمغان ميآورد، بنابراين براي تهيهي اين نقشه، به دادههاي مختلفي از اين سامانه نياز داريم؛به همين دليل دقت دادههاي اندازهگيري شده براي ما اهميت دارند و بايد خطاها و انحرافاتي كه ناشي از تلفيق دادههاي پروازي و ليدار هستند را پيدا و آنها را از دادههايمان حذف كنيم تا به مقدار معقولي برسيم. به همين منظور در اين پژوهش چند روش كاليبراسيون سامانهي ليدار، براي اطمينان حاصل كردن از دقت مورد نياز از نتايج نهايي اين سامانه، بيان شده و در بين اينها، روش كاليبراسيون ساده شده، انتخاب و رياضيات آن به صورت كامل مورد بحث و بررسي قرار گرفت، همچنين با استفاده از همين روش توانستيم نوارهاي پروازي را طراحي و خطاهاي آن را بدست آوريم. بنابراين در اين قسمت توانستيم دادهها را تا حداكثر 90 درصد بهبود ببخشيم. در قسمت ديگري از اين پژوهش روبشگرهاي مختلف براي نقشهبرداري در ارتفاعات زياد را مطالعه و مقايسه كرديم و به اين نتيجه رسيديم كه روبشگر آينهي برج چهارضلعي انتخاب مناسبي است كه با همان روش كاليبراسيون دادهها، كاليبره ميشود. همچنين موضوع ديگري كه در زمينهي ليدار براي ما اهميت دارد بحث واگرايي پرتوي ليزر است كه هنگام استفاده از آن در ارتفاعهاي زياد براي ما مشكلاتي را بوجود ميآورد؛ از جمله آنها ميتوان به بزرگ شدن ردپاي ليزر روي زمين و در نتيجه افزايش پراكندگي پرتو در جهتهاي مختلف، اشاره كرد كه در اين صورت چيز زيادي به آشكارساز نميرسد. بنابراين با توجه به واگرايي پرتوي ليزر، يك پرتوگستر و موازيساز طراحي كرديم. با اين كار توانستيم، واگرايي پرتوي ليزر را كنترل كنيم به گونهاي كه همان قطر پرتوي خارج شده از دهانهي فرستنده، به هدف ميرسد. همچنين براي طراحي گيرنده با توجه به اين موضوع كه پرتويي كه ميخواهد از هدف پراكنده شود، ايدهآل است يعني همان پرتويي كه به هدف خورده، همان بازتاب ميشود، اين پرتو باز هم در طول راه دچار واگرايي ميشود، به همين جهت براي گيرنده، نياز به يك دهانهي ورودي مناسب داريم كه در اين پژوهش به آن پرداخته شده است؛ بنابراين چند فرستنده و گيرنده با استفاده از نرم افزار ZEMAX طراحي و حالتهاي بهينه براي اين دو بيان شد. همچنين در مورد مولفههاي مهم اپتيكي و نمودارهاي موثر براي هر دو بحث و گفتگو شد و در آخر نيز نتايج با توجه به نمودارها و مولفههاي اين بهينهسازيها، بيان و با هم مقايسه شدند.
كليدواژه لاتين
Lidar, Calibration, Scanner, Laser Beam Diameter, ZEMAX Software, Important Optical Components, Effective Optical Diagrams, Transmitter, Receiver, and Optimization.
عنوان لاتين
Designing, Simulating and Optimizing the optical system of airborne lidars for 3D geographic mapping
گروه آموزشي
فيزيك
چكيده لاتين
The Lidar system is a remote sensing tool that uses a laser beam to measure distances, and the work this technology does is similar to the radar system, with the difference that radar works with radio waves and can be said that lidar is used in military, industrial, and general fields; therefore, studying it is essential. This system has different types, and in this study, airborne lidar was used and its concept is that the lidar system is installed on an aerial platform along with a scanner, as a result, a range of the flight path is scanned and it provides us with a three-dimensional map of the path; therefore, to prepare this map, we need different data from this system; for this reason, the accuracy of the measured data is important to us, and we must find the errors and deviations that result from the combination of flight and lidar data and remove them from our data to reach a reasonable amount. For this purpose, in this study, several methods for calibrating the lidar system are described to ensure the required accuracy of the final results of this system and among these, the simplified calibration method was selected and its mathematics were fully discussed and examined. Also, using this method, we were able to design flight strips and obtain their errors. So, in this part we were able to improve the data up to 90%. In another part of this research, we studied and compared different scanners for mapping at high altitudes and concluded that the quadrangular tower mirror scanner is a good choice that is calibrated with the same data calibration method. Also, another issue that is important to us in the field of lidar is the divergence of the laser beam, which creates problems for us when using it at high altitudes; among them, we can mention the enlargement of the laser footprint on the ground and as a result, the increase in the scattering of the beam in different directions, in which case not much reaches the detector. Therefore, considering the divergence of the laser beam, we designed a beam expander and parallelizer. By doing this, we were able to control the divergence of the laser beam in such a way that the same diameter of the beam exiting the transmitter aperture reaches the target. Also, for the design of the receiver, considering that the beam that is to be scattered from the target is ideal, that is, the same beam that hits the target is reflected, this beam will still diverge along the way, so for the receiver, we need a suitable receiving aperture, which has been addressed in this research; Therefore, several transmitters and receivers were designed using ZEMAX software and optimal modes for these two were expressed. Also, important optical components and effective diagrams for both were discussed and finally, the results were expressed and compared with respect to the diagrams and components of these optimizations.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
148711
نويسنده