激光大足印高速回波信息数字化提取与验证技术

发布时间：2017-09-22 03:14

  本文关键词：激光大足印高速回波信息数字化提取与验证技术

  更多相关文章： 星载激光高度计 大足印 多目标相对距离 回波模型 波形分解

【摘要】：星载激光高度计系统可用于探测地物的垂直分布情况,对其波形数据进行处理是获得地物特征信息和实现高程测绘的重要手段和发展趋势。本文对大足印全波形的波形分解算法和大足印激光雷达地面验证系统的相关技术进行了研究,为星载对地观测激光高度计的系统设计和数据处理算法的研究提供了重要借鉴。论文首先介绍了国内外星载激光高度计和大足印全波形数据的研究现状,然后对全波形数据的处理算法和大足印激光雷达地面验证系统展开了研究。阐述了用于大足印激光雷达波形特征信息提取的高斯模型和波形处理算法的相关原理,并在此基础上给出了回波数学模型,对具典型地物特性的回波进行模拟和仿真分析研究。而后设计并搭建了大足印激光雷达地面验证系统,对系统中的恒比定时时刻鉴别、回波信号探测电路、全波形高速采集电路以及基于FPGA的TDC测时等关键技术进行了研究和相关功能的验证。最后,针对星载对地观测激光高度计大足印回波信号中多目标相对距离信息提取的问题开展了基于高斯分解的激光大足印地面多目标相对距离信息提取试验,试验结果表明所选的高斯分解算法可有效分离回波信号中的多个目标,目标间相对距离偏差小于0.03m,验证了大足印激光雷达地面验证系统进行多目标相对距离信息提取的可行性,为后续目标物的识别和分类研究、飞行试验策划提供了理论和设计基础。
【关键词】：星载激光高度计 大足印 多目标相对距离 回波模型 波形分解
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P237
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-22
• 1.1. 研究背景及意义10
• 1.2. 国内外星载激光高度计的研究现状10-17
• 1.2.1. 国外星载激光高度计的发展10-12
• 1.2.2. 国内星载激光高度计的发展12-13
• 1.2.3. 典型的星载激光高度计介绍13-17
• 1.3. 大足印激光雷达波形数据研究现状17-20
• 1.3.1. GLAS的波形数据17-19
• 1.3.2. 大足印全波形激光雷达的应用领域19-20
• 1.4. 本文主要研究内容20-22
• 2. 大足印激光雷达波形特征信息提取的理论基础22-36
• 2.1. 全波形数据概述22-23
• 2.2. 高斯模型理论23-27
• 2.2.1. 雷达方程23-25
• 2.2.2. 系统波形25-26
• 2.2.3. 高斯散射体26-27
• 2.2.4. 波形校准27
• 2.3. 波形数据处理方法27-29
• 2.4. 回波波形分解方法29-32
• 2.4.1. 波形数据预处理30
• 2.4.2. 波形参数初始化30-31
• 2.4.3. 波形参数最优化31-32
• 2.5. 回波高斯分解流程描述32-36
• 3. 大足印激光雷达回波数学模拟与分析36-50
• 3.1. 激光脉冲的作用过程36-38
• 3.2. 回波数学模型38-39
• 3.3. 典型地物特性的回波模拟39-50
• 3.3.1. 地形坡度39-41
• 3.3.2. 地物反射率41-42
• 3.3.3. 地物高度42-43
• 3.3.4. 噪声43-45
• 3.3.5. 波形信号的强度45-47
• 3.3.6. 复杂地物47-50
• 4. 大足印激光雷达地面验证系统设计50-72
• 4.1. 系统原理及总体设计50-52
• 4.1.1. 系统总体组成50-51
• 4.1.2. 系统主要设计指标51-52
• 4.2. 恒比定时时刻鉴别52-55
• 4.2.1. 恒比定时原理介绍52-53
• 4.2.2. 恒比定时时刻鉴别误差分析53-55
• 4.3. 激光回波信号探测55-61
• 4.3.1. APD探测器55-56
• 4.3.2. 跨阻放大电路56-59
• 4.3.3. 压控放大电路59-60
• 4.3.4. 探测单元验证60-61
• 4.4. 全波形高速采集电路61-63
• 4.4.1. 全波形采集和波形定位原理61
• 4.4.2. 全波形采集电路及其验证61-63
• 4.5. 基于FPGA的TDC技术63-69
• 4.5.1. 基于FPGA的TDC测时原理63-64
• 4.5.2. 基于FPGA的延迟链和时钟设计64-66
• 4.5.3. 译码器结构设计66-67
• 4.5.4. 延迟校准67
• 4.5.5. 基于FPGA的TDC测时功能验证67-69
• 4.6. 大足印激光雷达地面验证系统的实现69-72
• 5. 基于高斯分解的激光大足印相对距离信息提取试验72-80
• 5.1. 目标相对距离信息提取试验设计72-74
• 5.1.1. 地物目标的设计72-73
• 5.1.2. 探测灵敏度验证试验73
• 5.1.3. 收发同轴光路校准73-74
• 5.2. 地面多目标距离信息提取74-78
• 5.2.1. 模拟信号仿真试验74-76
• 5.2.2. 地面多目标试验76-78
• 5.3. 相对距离提取精度影响因素分析78-80
• 5.3.1. 时钟相位噪声78
• 5.3.2. 时间测量误差78
• 5.3.3. 数字电路抖动引入误差78-79
• 5.3.4. 主波恒比定时鉴别误差79-80
• 6. 总结与展望80-82
• 6.1. 研究总结80-81
• 6.2. 未来展望81-82
• 参考文献82-86
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果86

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本文编号：898455