[发明专利]基于多通道全波形激光雷达数据的多目标距离测量方法

说明书

本发明公开了基于多通道全波形激光雷达数据的多目标距离测量方法，建立激光发射脉冲的拟合模型和第j个通道的后向散射回波的拟合模型，对模型参数进行初始化；将模型参数输入到激光发射脉冲的拟合模型和第j个通道的后向散射回波的拟合模型，基于非线性最小二乘曲线拟合的列文伯格‑马夸尔特算法获得模型参数的最优解；计算获得第i个目标与测距零点之间的相对距离；计算获得标定常数；根据标定常数获得第i个目标的高精度距离信息。本方法采用建立多通道波形拟合模型，与单波长波形拟合模型相比，模型初始化参考信息更多，初始化结果更接近真实值，有利于获取更精确的测距信息。

技术领域

本发明涉及测绘遥感技术领域，更具体涉及基于多通道全波形激光雷达数据的多目标距离测量方法，适用于获取高测距精度的密集点云。

背景技术

多通道全波形激光雷达数据是指采用超连续谱激光器作为光源或者以多个激光器合束作为光源，对各个通道的发射脉冲和目标回波进行同步全波形记录，所获得的多通道全波形数据，包含激光路径下多个目标与激光脉冲相互作用的综合信息。由于多个通道的波形数据是激光脉冲与发射路径内的所有目标综合反映的结果，各个通道的波形数据则需要通过波形拟合进而提取出各通道一致的高精度的距离信息。现有波形测距方法只面向单个通道的波形数据，测距精度易受单个通道数据的信噪比影响。基于多通道全波形激光雷达的探测原理，各个通道的目标具有相同的位置分布，相同的目标因在各个通道的反射率不同而在对应位置表现出不同的信噪比，于是可通过加权的方式综合各个通道的信号，提高信噪比，获取比单波长全波形激光雷达更高的测距精度，在距离探测中具有重要的意义。但目前本领域尚未有相关技术方案出现，如何根据多通道回波数据得到一致的精确的测距结果，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的针对现有技术存在的上述问题，提供了基于多通道全波形激光雷达数据的多目标距离测量方法，对多通道全波形激光雷达探测获取的多通道回波数据进行处理，生成高测距精度的密集点云数据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于多通道全波形激光雷达数据的多目标距离测量方法，包括以下步骤：

步骤1、建立激光发射脉冲的拟合模型f_t(x)和第j个通道的后向散射回波的拟合模型具体为：

当多通道全波形激光雷达发射的激光发射脉冲采集下来的强度值满足高斯函数时，

激光发射脉冲的拟合模型f_t(x)为：

第j个通道的后向散射回波的拟合模型为：

其中，x为采样时间；和分别为第j个通道中激光发射脉冲的振幅和第j个通道对应的第i个目标对应的后向散射回波分量的振幅；c_t和c_i分别为各个通道的激光发射脉冲的中心位置的时间和第i个目标对应的后向散射回波分量的中心位置的时间；和分别为第j个通道中激光发射脉冲的半高宽对应的时间和第j个通道对应的第i个目标对应的后向散射回波分量的半高宽对应的时间；为第j个通道对应的噪声分量；K为激光路径下的目标总数；

当激光发射脉冲采集下来的强度值不满足高斯函数且带有拖尾时，

激光发射脉冲的拟合模型f_t(x)为：

式中：为第j个通道的激光发射脉冲的振幅；s_t为第一峰值时间参数,μ_t为第一时间影响参数；为第一半高宽时间参数；

第j个通道的后向散射回波的拟合模型为：