运动条件下光子计数激光雷达数据处理技术研究

发布时间：2017-09-02 14:21

  本文关键词：运动条件下光子计数激光雷达数据处理技术研究

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【摘要】：光子计数激光雷达是一种基于微弱光子信号探测的主动光电探测技术,能够响应回波信号中的每一个光子,有效解决激光雷达有限的系统资源和整体性能之间的矛盾。随着激光测距技术的发展和应用的深入,利用激光测距原理来实现地形地貌的三维信息测量,为陆地观测和城市建模提供高精度的表面信息成为激光测距系统的重要应用领域,机载激光测距等运动条件下对目标距离信息的测量受到人们越来越多的重视。此外,作为光子计数激光雷达系统的重要功能之一,对地面目标距离信息的获取尤其是地面动目标检测在监视地面交通流量等领域有着重要应用。因此,研究运动条件下光子计数激光雷达系统的数据处理技术,有利于实现光子计数激光雷达对运动目标距离信息的快速有效提取,提高光子计数激光雷达系统的目标探测效率。论文介绍了光子计数激光雷达系统的应用背景和发展现状,研究了运动条件下光子计数激光雷达系统的探测机制,分析了回波光子信号统计特性,探测概率等光子计数激光雷达系统数据处理技术中涉及到的理论问题。针对运动条件下光子计数激光测距背景,建立了目标运动模型和系统探测模型;根据光子计数激光雷达系统回波信号特点,基于Matlab生成了符合统计分布规律的包含目标回波和噪声回波的仿真回波信号。对传统的光子计数激光雷达系统点云数据处理算法进行了研究,结合运动条件下光子计数激光测距特点,提出了改进的基于栅格滤波的点云数据处理算法和基于目标运动相关性匹配的点云数据处理算法,利用两种算法对仿真回波数据进行了处理并利用真实试验环境下测得的回波数据对算法处理性能进行了验证,最终将回波数据中的噪声信号有效滤除,成功提取出目标信号的运动轨迹。相较于传统的光子计数激光雷达数据处理算法主要针对静止目标测距的特点,论文提出的算法对运动模式下的测距点云数据处理具有更好的适应性,而且避免了传统数据处理算法过于依赖于对目标距离信息精确预测的缺点。最后,针对运动条件下光子计数激光雷达数据处理需求和算法特点,对算法的硬件实现进行了器件选型,为后续算法的实现以及对光子计数激光雷达数据处理算法的深入研究提供了有意义的参照。
【关键词】：光子计数 运动条件 数据处理 激光雷达 仿真
【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】：2016
【分类号】：TN958.98
【目录】：

• 致谢3-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1.绪论10-24
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 光子计数激光雷达数据处理技术研究现状11-21
• 1.2.1 国外光子计数激光雷达数据处理技术研究现状12-16
• 1.2.2 国内光子计数激光雷达数据处理技术研究现状16-21
• 1.3 本文主要研究内容21-24
• 2 光子计数激光雷达系统探测理论研究24-32
• 2.1 光子计数激光雷达系统基本探测原理24-25
• 2.2 激光雷达方程25-27
• 2.3 光子计数激光雷达回波光子探测概率27-28
• 2.4 背景光噪声理论28-29
• 2.5 死时间效应对探测概率的影响29-32
• 3 光子计数激光雷达系统点云数据处理技术理论研究32-40
• 3.1 泊松滤波算法理论研究32-36
• 3.2 基于局部距离统计的点云数据滤波算法理论研究36-38
• 3.3 基于边缘检测的点云数据滤波算法理论研究38-40
• 4.运动条件下光子计数激光雷达系统回波光子信号模拟40-50
• 4.1 运动条件下光子计数激光雷达回波光子探测模型建立40-43
• 4.2 目标运动模型建立43
• 4.3 回波光子信号观测模型建立43
• 4.4 回波光子信号处理模型建立43-44
• 4.5 运动条件下光子计数激光雷达模拟回波序列生成44-48
• 4.5.1 目标回波序列生成44-46
• 4.5.2 噪声回波序列生成46-47
• 4.5.3 合成回波序列生成47-48
• 4.6 模拟回波序列数据存储48
• 4.7 模拟回波序列生成结果及分析48-50
• 5.运动条件下光子计数激光雷达数据处理算法设计50-84
• 5.1 基于栅格滤波的运动条件下光子计数激光雷达点云数据处理算法设计50-55
• 5.2 基于栅格划分的点云数据算法处理结果及分析55-56
• 5.3 基于栅格划分的点云数据处理算法局限性分析56-57
• 5.4 基于目标运动相关性匹配的点云数据处理算法设计57-65
• 5.4.1 基于目标运动相关性匹配的点云数据处理算法原理59-61
• 5.4.2 基于目标运动相关性匹配的点云数据初始处理算法设计61-63
• 5.4.3 基于目标运动相关性匹配的点云数据跟踪处理算法设计63-65
• 5.5 基于目标运动相关性匹配的点云数据处理算法仿真结果及分析65-72
• 5.6 算法硬件实现与器件选型分析72-78
• 5.6.1 输入数据所需存储空间分析72-74
• 5.6.2 目标运动相关性匹配计算量分析74-76
• 5.6.3 算法计算量及所需存储空间综合分析76-77
• 5.6.4 器件选型综合分析77-78
• 5.7 两种算法处理性能比较78-82
• 5.7.1 目标回波信号探测概率分析78-79
• 5.7.2 两种算法的计算量分析79-81
• 5.7.3 两种算法处理性能综合分析81-82
• 5.8 真实试验环境下算法处理性能验证82-84
• 6 总结与展望84-86
• 6.1 研究总结84-85
• 6.2 未来展望85-86
• 参考文献86-90
• 作者简介及在学期间发表的学术论文和研究成果90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曾飞;高世杰;伞晓刚;张鑫;;机载激光通信系统发展现状与趋势[J];中国光学;2016年01期

2 杨子健;陈锋;李抄;吴太虎;;微脉冲激光雷达中的光子计数死区时间瞬态效应[J];光学精密工程;2015年02期

3 夏少波;王成;习晓环;骆社周;曾鸿程;;ICESat-2机载试验点云滤波及植被高度反演[J];遥感学报;2014年06期

4 魏浩翰;何立恒;李杰;;基于边缘检测滤波的机载激光雷达点云数据处理[J];森林工程;2013年06期

5 何伟基;司马博羽;苗壮;陈云飞;陈钱;顾国华;;光子计数三维成像激光雷达反转误差的校正[J];光学精密工程;2013年10期

6 屈恒阔;张清源;阮友田;;扫描成像跟踪激光雷达[J];中国光学;2012年03期

7 蔡银桥;童小华;舒嵘;;基于线状阵列扫描的激光雷达快速三维成像[J];同济大学学报(自然科学版);2011年07期

8 李福金;秦志伟;;基于航空LIDAR点云数据提取城市地区建筑物的目标[J];测绘与空间地理信息;2011年03期

9 张忠萍;张海峰;高皓;瞿锋;;高重复率SLR数据预处理方法的实现[J];测绘科学;2011年03期

10 杨欣;姚海燕;;平面点云边界参数识别[J];中国西部科技;2009年27期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 曾齐红;机载激光雷达点云数据处理与建筑物三维重建[D];上海大学;2009年

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本文编号：779072