时间相关单光子计数型激光雷达信号分析

发布时间：2017-04-27 20:10

  本文关键词：时间相关单光子计数型激光雷达信号分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光雷达系统属于主动探测系统,通过多种不同的工作方式达到绘制目标三维形态的目的。相对微波雷达系统,激光雷达系统具有更高的角分辨率、更小的发散角等优势,已被广泛应用于民用和军事等各领域。时间相关单光子计数技术是一种随机信号离散采样的技术,统计大量的这种随机信息分析特征。时间相关单光子计数技术是一种新型的离散采样技术,具有光子计数的能力,并具有十分高的时间分辨率。基于时间相关单光子计数技术原理的激光雷达系统,在脉冲式激光测距的原理上,引入时间相关的概念,一方面降低了对激光强度的要求,提高了有效测量的范围,另一方面提高了测距精度。本论文参考近年来国内外相关文献和样机,通过建立合理可靠的探测模型；然后利用可靠的数据数据模型进行信号处理,达到距离的高精度的提取。由于探测器的输出信号具有很强的随机性,提出了一种贝叶斯推论下的马尔可夫信号方法,通过马尔可夫技术在当前对目标信号的采样前提下,完成有关回波峰值位置、峰值幅度等参量的提取,通过重建信号,完成距离特征的提取。依据贝叶斯理论,无法获知这些参量各自服从的先验分布,采用一些后验预设分布及一些阈值分布,可以有效提高对参量存在空间的探测速度。对这种多参量的组合问题,采用Metropolis算法循环逐个快速更新这些参量。这些参量构成一个全局近似解,利用贝叶斯推论对所有全局近似解进行评估,挑选出最为合适的全局近似解作为问题的全局最优解。实验表明,这种以后验信息推断先验信息的方法,具有高度的准确性和良好的鲁棒性。此外,由于目标具有多样性,从而导致信号具有多样性。本文提出了一种模拟回火马尔可夫蒙特卡罗全波形分析方法(Simulated Tempering Markov Chain Monte Carlo, STMCMC),用于求解全波形数据中的波峰数及峰值位置等参量。该方法采用Metropolis更新策略求解波峰数量和噪声两个参量,达到快速求解的目的；而峰值位置和波峰幅值则采用改进的模拟回火策略求解,通过添加的主动干预回火的步骤,实现对参量更新过程的有效探到,以满足对速度或者运算收敛性的要求。模拟回火马尔可夫蒙特卡罗全波形分析方法以马尔可夫算法为基础,仍保持马氏链的收敛性,从而保证本方法具有良好的鲁棒性,实现对全波形数据的自动化处理。
【关键词】：激光雷达 时间相关单光子计数技术 贝叶斯推论 马尔可夫 蒙特卡罗
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-10
• 1.1 研究背景与选题意义7
• 1.1.1 激光雷达7
• 1.1.2 时间相关单光子计数型激光雷达7
• 1.2 时间相关单光子计数型激光雷达研究现状7-8
• 1.3 本论文的研究重点8-9
• 1.4 论文的组织和结构9-10
• 2 激光雷达系统及其关键器件特性分析10-20
• 2.1 激光雷达工作原理10-11
• 2.1.1 相位式激光雷达10-11
• 2.1.2 脉冲式激光雷达11
• 2.2 激光雷达扫描系统11-13
• 2.2.1 振镜扫描12-13
• 2.2.2 脉冲式激光雷达13
• 2.3 光电探测器13-17
• 2.3.1 雪崩光电二极管14-15
• 2.3.2 光电倍增管15-17
• 2.4 时间相关单光子计数型激光雷达系统17-20
• 3 时间相关单光子计数型激光雷达系统原理20-28
• 3.1 时间相关单光子计数型激光雷达的组成20-23
• 3.1.1 距离选通系统21-22
• 3.1.2 重复突发照明系统22-23
• 3.2 时间相关单光子计数型激光雷达探测模型23-26
• 3.3 小结26-28
• 4 时间相关单光子计数型激光雷达信号分析28-38
• 4.1 峰值判别法28-29
• 4.2 均值法29
• 4.3 中心均值法29
• 4.4 马尔可夫蒙特卡罗方法29-37
• 4.4.1 贝叶斯推论31-32
• 4.4.2 马尔可夫方法32-33
• 4.4.3 实验及分析33-37
• 4.5 小结37-38
• 5 时间相关单光子计数型激光雷达全波形分析38-54
• 5.1 基于Levenberg-Marquardt算法的非线性最小二乘法波形拟合方法39-40
• 5.2 基于Expection-Maximization算法的最大似然估计方法40-41
• 5.3 基于贝叶斯推论的可逆跳跃马尔可夫蒙特卡罗方法41-42
• 5.4 模拟回火马尔可夫蒙特卡罗方法42-52
• 5.4.1 数据模型和贝叶斯推论42-43
• 5.4.2 模拟回火马尔可夫蒙特卡罗技术43-46
• 5.4.3 实验和分析46-52
• 5.5 小结52-54
• 6. 总结与展望54-56
• 6.1 总结54
• 6.2 展望54-56
• 攻读硕士学位期间发表论文及其它成果56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 畅里华;汪伟;尚长水;刘宁文;李剑;;超高速转镜式扫描相机的时间分辨率测量[J];光学与光电技术;2012年02期

2 赵群;王超;杨进华;;激光振镜扫描图形失真分析及校正方法研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2012年04期

3 李东;杨华军;郑秋贞;邓志辉;;距离选通技术在三维成像激光雷达中的应用研究[J];红外与激光工程;2012年01期

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本文编号：331341