脉冲激光雷达回波信号的形心定时与测时技术
发布时间：2020-12-30 05:27
随着电子学技术和激光技术的发展,激光雷达得到了快速发展和广泛应用。如今,激光雷达已经被应用于军方、科学研究、企业等各个领域。近年来,随着无人机、机器人、交通安全的兴起,激光雷达展现出了广阔的应用前景。激光雷达最基本的功能是测距,而影响测距精度的关键因素便是飞行时间的精度,飞行时间的测量需要准确的定时,传统的时刻鉴别方法会受到噪声、上升沿、脉宽等因素的影响而导致测量误差较大,从而影响时间的测量精度。得益于高速AD技术的迅速发展,激光雷达全波形回波信号探测由于能够获得回波波形的整体数据而受到关注,其中,波形形心法应用较为广泛,此算法能够利用多点信息,充分考虑回波形状,理论上精度更高。本文提出一种基于斜率选择与强度加权的激光脉冲形心定时算法。该算法,通过计算斜率自适应选取符合要求的波形数据,结合强度加权形心定时算法计算激光雷达回波波形形心。对激光脉冲回波特性进行了分析,讨论了由于目标表面斜率、作用面积和反射率等因素造成的目标回波展宽和畸变情况,给出了几种典型目标的回波仿真波形。在对回波特性分析后,建立了短脉冲激光雷达发射信号和回波信号经验模型,设置了仿真所需参数,并对回波脉冲进行了滤波处理,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光雷达的应用
饫状颷32]，该激光雷达所选波长对人眼安全，操作简单且携带方便，可以实现精确测量，可以说在很多方面都很先进，该测距仪的重频率为400Hz。1996年美国Bushnell公司研制出了小型激光测距仪，该测距仪携带方便，而且测距能力也很出众，在当时该领域的技术层面有很高的评价，出色的测距能力，优越的技术研发使得该测距仪被评为重要科技成果。2007年，Velodyne公司推出了64线激光雷达，很快被应用于各个领域，之后又推出一系列相关的激光雷达，奠定了该公司在激光雷达领域的地位。（a）Velodyne64线激光雷达（b）成像结果图1-2Velodyne激光雷达及应用
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文11线型。图2-1激光雷达发射脉冲波形2.2.2激光雷达目标探测方程本文的测量距离为30m左右，属于近距离探测，所以建立起的目标探测方程有一些优点，比如视场角较孝目标较大、距离较近。据此所建立的近距离激光雷达目标探测方程为：=01222（2-2）式中：Pt——接收功率（w）；P0——发射功率（w）；τ1——发射光学系统透过率（%）；r——目标反射率（%）；τα——大气透过率（%）；τ2——接收光学系统透过率（%）；A——接收部分有效的通光面积（m2）；α——目标表面法线与探测方向的夹角（rad）；R——系统测量的距离（m）；由上式（2-2）的表达式可以看出，P0、τ1、τ2、A这四个参数表明了该激光雷达系统的性能，只与该系统有关；τα只与大气环境中的颗粒物有关，是大气的特征参量；而α和R分别是目标表面法线与探测方向的夹角和激光雷达系统与目标的距离，只与系统和目标物体两者相关，需要探测系统和目标的位置共同决定。由此可以发现，激光雷达探测系统进行目标探测时，影响回波功率的因素不是很多，而且在特定的条件下可以计算出激光雷达目标回波功率。当外界环境和激光雷达探测系统固定时，回波功率主要由目标表面法线与探测方向的夹角、激
【参考文献】：
期刊论文
[1]自动驾驶汽车传感器技术产业分析[J]. 黄伟. 信息通信技术与政策. 2018(08)
[2]国产机载激光雷达测深系统的波形处理方法[J]. 黄田程,陶邦一,贺岩,胡善江,俞家勇,李强,朱云峰,尹国清,黄海清,朱乾坤,龚芳. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[3]机载激光雷达回波形心算法修正及硬件验证[J]. 薛文佳,赵毅强,叶茂,胡凯,李杰,周国清. 哈尔滨工业大学学报. 2018(05)
[4]背景光作用下脉冲激光测距仪的设计[J]. 林晶,卜雄洙,韩伟,曹一涵. 国外电子测量技术. 2017(12)
[5]全波形机载激光雷达数据处理技术的研究进展[J]. 沈俊,尚建华,贺岩. 激光技术. 2018(03)
[6]基于回波强度的激光测距误差补偿算法研究[J]. 王永志,孙超君,段存高,张明祎. 制导与引信. 2017(03)
[7]激光雷达在无人驾驶环境感知中的应用[J]. 黄武陵. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(10)
[8]海岸带地理环境遥感监测综述[J]. 李清泉,卢艺,胡水波,胡忠文,李洪忠,刘鹏,石铁柱,汪驰升,王俊杰,邬国锋. 遥感学报. 2016(05)
[9]脉冲激光测距误差标定及不确定度分析[J]. 刘红博,费丰,史学舜,刘玉龙,刘长明,陈海东. 宇航计测技术. 2016(02)
[10]基于FPGA的高速峰值检测[J]. 何艳,张流强,张建,石亚星,罗小丽. 核电子学与探测技术. 2016(01)
博士论文
[1]大动态范围高精度激光测距关键技术研究[D]. 程鹏飞.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
硕士论文
[1]基于TDC-GP2的高精度脉冲激光测距系统研究[D]. 杨佩.西安电子科技大学 2010
[2]全数字高精度激光测距系统的设计与实现[D]. 雷佳.上海交通大学 2009
本文编号：2947076
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光雷达的应用
饫状颷32]，该激光雷达所选波长对人眼安全，操作简单且携带方便，可以实现精确测量，可以说在很多方面都很先进，该测距仪的重频率为400Hz。1996年美国Bushnell公司研制出了小型激光测距仪，该测距仪携带方便，而且测距能力也很出众，在当时该领域的技术层面有很高的评价，出色的测距能力，优越的技术研发使得该测距仪被评为重要科技成果。2007年，Velodyne公司推出了64线激光雷达，很快被应用于各个领域，之后又推出一系列相关的激光雷达，奠定了该公司在激光雷达领域的地位。（a）Velodyne64线激光雷达（b）成像结果图1-2Velodyne激光雷达及应用
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文11线型。图2-1激光雷达发射脉冲波形2.2.2激光雷达目标探测方程本文的测量距离为30m左右，属于近距离探测，所以建立起的目标探测方程有一些优点，比如视场角较孝目标较大、距离较近。据此所建立的近距离激光雷达目标探测方程为：=01222（2-2）式中：Pt——接收功率（w）；P0——发射功率（w）；τ1——发射光学系统透过率（%）；r——目标反射率（%）；τα——大气透过率（%）；τ2——接收光学系统透过率（%）；A——接收部分有效的通光面积（m2）；α——目标表面法线与探测方向的夹角（rad）；R——系统测量的距离（m）；由上式（2-2）的表达式可以看出，P0、τ1、τ2、A这四个参数表明了该激光雷达系统的性能，只与该系统有关；τα只与大气环境中的颗粒物有关，是大气的特征参量；而α和R分别是目标表面法线与探测方向的夹角和激光雷达系统与目标的距离，只与系统和目标物体两者相关，需要探测系统和目标的位置共同决定。由此可以发现，激光雷达探测系统进行目标探测时，影响回波功率的因素不是很多，而且在特定的条件下可以计算出激光雷达目标回波功率。当外界环境和激光雷达探测系统固定时，回波功率主要由目标表面法线与探测方向的夹角、激
【参考文献】：
期刊论文
[1]自动驾驶汽车传感器技术产业分析[J]. 黄伟. 信息通信技术与政策. 2018(08)
[2]国产机载激光雷达测深系统的波形处理方法[J]. 黄田程,陶邦一,贺岩,胡善江,俞家勇,李强,朱云峰,尹国清,黄海清,朱乾坤,龚芳. 激光与光电子学进展. 2018(08)
[3]机载激光雷达回波形心算法修正及硬件验证[J]. 薛文佳,赵毅强,叶茂,胡凯,李杰,周国清. 哈尔滨工业大学学报. 2018(05)
[4]背景光作用下脉冲激光测距仪的设计[J]. 林晶,卜雄洙,韩伟,曹一涵. 国外电子测量技术. 2017(12)
[5]全波形机载激光雷达数据处理技术的研究进展[J]. 沈俊,尚建华,贺岩. 激光技术. 2018(03)
[6]基于回波强度的激光测距误差补偿算法研究[J]. 王永志,孙超君,段存高,张明祎. 制导与引信. 2017(03)
[7]激光雷达在无人驾驶环境感知中的应用[J]. 黄武陵. 单片机与嵌入式系统应用. 2016(10)
[8]海岸带地理环境遥感监测综述[J]. 李清泉,卢艺,胡水波,胡忠文,李洪忠,刘鹏,石铁柱,汪驰升,王俊杰,邬国锋. 遥感学报. 2016(05)
[9]脉冲激光测距误差标定及不确定度分析[J]. 刘红博,费丰,史学舜,刘玉龙,刘长明,陈海东. 宇航计测技术. 2016(02)
[10]基于FPGA的高速峰值检测[J]. 何艳,张流强,张建,石亚星,罗小丽. 核电子学与探测技术. 2016(01)
博士论文
[1]大动态范围高精度激光测距关键技术研究[D]. 程鹏飞.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
硕士论文
[1]基于TDC-GP2的高精度脉冲激光测距系统研究[D]. 杨佩.西安电子科技大学 2010
[2]全数字高精度激光测距系统的设计与实现[D]. 雷佳.上海交通大学 2009
本文编号：2947076
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