脈沖激光雷達(dá)回波處理方法與系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，激光雷達(dá)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在軍事、科研、民用等領(lǐng)域。近來，激光雷達(dá)在無人平臺、機(jī)器人導(dǎo)航、交通安全等很多場合，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文對脈沖激光雷達(dá)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(dá)系統(tǒng)的原理樣機(jī)，并對原理樣機(jī)進(jìn)行了實驗性驗證。本文具體的研究內(nèi)容如下所示:
　　1)介

2、紹了脈沖激光雷達(dá)研究意義，調(diào)研了脈沖激光雷達(dá)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并對脈沖激光雷達(dá)回波處理方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié);接著介紹了激光雷達(dá)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，對距離傳感的基本原理進(jìn)行了總結(jié)，介紹了脈沖激光雷達(dá)基本探測模型以及系統(tǒng)的組成。
　　2)針對遠(yuǎn)距離測量時脈沖激光雷達(dá)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(diào)制多脈沖的脈沖間隔，然后根據(jù)調(diào)制的間隔信息，對回波信號進(jìn)行

3、剪裁和疊加。在算法驗證方面，本文進(jìn)行了仿真計算和實驗驗證，結(jié)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(dá)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(kuò)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(jìn)行處理，然后根據(jù)不同層次數(shù)據(jù)的優(yōu)先關(guān)系選取正確的測量數(shù)據(jù)。在算法驗證方面，實驗結(jié)果顯示，信號電壓不同情況下的輸出與設(shè)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(jìn)行處理。
　　4)本文提出一種應(yīng)用于近程增益控制的敏感時間控制電路(STC)電路設(shè)計方法，在一定程度上解決了近程回波動態(tài)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(chǎn)生持續(xù)時間短、形狀復(fù)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(jìn)而減弱回波動態(tài)范圍較大的影響。理論計算和實驗結(jié)果表明，該方法可用于激光雷達(dá)近程回波的處理，其擴(kuò)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(dá)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(jī)子系統(tǒng)、基于STC電路的接收機(jī)子系統(tǒng)、基于FPGA的控制機(jī)子系統(tǒng)。在實驗驗證上，首先對各子系統(tǒng)進(jìn)行了測試，然后對測距系統(tǒng)和整機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗。測距實驗表明，設(shè)計的雷達(dá)系統(tǒng)測距誤差小于0.1m，多次測量方差為0.04m;室內(nèi)和室外掃描實驗表明，激光雷達(dá)可以實現(xiàn)室內(nèi)和