脈沖激光雷達回波處理方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著激光技術和電子學技術的發(fā)展，激光雷達技術得到了迅猛發(fā)展，激光雷達已經被廣泛應用在軍事、科研、民用等領域。近來，激光雷達在無人平臺、機器人導航、交通安全等很多場合，展現(xiàn)出廣闊的應用前景。
　　本文對脈沖激光雷達回波處理方法與系統(tǒng)展開了深入的研究。在回波處理方法上，提出了一些新的思路和方法;然后根據(jù)回波處理的方法，研制了一套脈沖掃描激光雷達系統(tǒng)的原理樣機，并對原理樣機進行了實驗性驗證。本文具體的研究內容如下所示:
　　1)介

2、紹了脈沖激光雷達研究意義，調研了脈沖激光雷達國內外的研究現(xiàn)狀，并對脈沖激光雷達回波處理方法的國內外研究現(xiàn)狀進行了總結;接著介紹了激光雷達系統(tǒng)的理論基礎，對距離傳感的基本原理進行了總結，介紹了脈沖激光雷達基本探測模型以及系統(tǒng)的組成。
　　2)針對遠距離測量時脈沖激光雷達回波信噪比差的問題，提出一種非均勻間距多脈沖的處理方法，用來提高回波信號的信噪比。提出的方法是通過在發(fā)射端調制多脈沖的脈沖間隔，然后根據(jù)調制的間隔信息，對回波信號進行

3、剪裁和疊加。在算法驗證方面，本文進行了仿真計算和實驗驗證，結果表明，本文提出的算法不僅可以保留傳統(tǒng)多脈沖算法提高信噪比的特點，同時避免了信號直接疊加引起的虛警。
　　3)針對激光雷達回波信號動態(tài)范圍大的問題，提出一種分層多級回波處理的方法，極大的擴展了回波的動態(tài)范圍。提出的算法是根據(jù)信號大小的不同，在不同層同時進行處理，然后根據(jù)不同層次數(shù)據(jù)的優(yōu)先關系選取正確的測量數(shù)據(jù)。在算法驗證方面，實驗結果顯示，信號電壓不同情況下的輸出與設計要

4、求一致，分層多級回波處理方法可以對大動態(tài)范圍的回波信號進行處理。
　　4)本文提出一種應用于近程增益控制的敏感時間控制電路(STC)電路設計方法，在一定程度上解決了近程回波動態(tài)范圍遠遠大于接收電路動態(tài)范圍的問題。提出的STC電路是使用FPGA和高速DAC來產生持續(xù)時間短、形狀復雜的控制信號，然后利用此控制信號來控制回波放大倍數(shù)，進而減弱回波動態(tài)范圍較大的影響。理論計算和實驗結果表明，該方法可用于激光雷達近程回波的處理，其擴展了近程

5、測距的動態(tài)范圍，避免了近程信號的飽和，從而提高了近程測距的精度。
　　5)本文研制了一套近程脈沖掃描激光雷達系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括同軸收發(fā)合置的掃描天線子系統(tǒng)、位置觸發(fā)發(fā)射機子系統(tǒng)、基于STC電路的接收機子系統(tǒng)、基于FPGA的控制機子系統(tǒng)。在實驗驗證上，首先對各子系統(tǒng)進行了測試，然后對測距系統(tǒng)和整機進行了系統(tǒng)的實驗。測距實驗表明，設計的雷達系統(tǒng)測距誤差小于0.1m，多次測量方差為0.04m;室內和室外掃描實驗表明，激光雷達可以實現(xiàn)室內和