[发明专利]一种全波形激光雷达的波形特征参数计算方法

说明书

本发明公开了一种全波形激光雷达的波形特征参数计算方法，适用于采用单脉冲式飞行时间测距法的全波形激光雷达；该方法将含有回波脉冲的离散化波形数据从峰值处开始运算，采用针对片上实现进行优化的方案对波形到达时刻的特征参数进行计算，并且为了简化运算步骤，将初始时刻设置为0并在最后的结果中加上真实的初始时刻，得到本次迭代结果后在左右各添加一个相邻时刻的波形数据进行下一次迭代，在新添加的波形数据的值小于峰值的2/3并且到达时刻的结果与上一次迭代的差值小于预设最小精度，或者新添加的波形数据的值小于预设阈值时，停止迭代。该方法可以获得精度极高的测量结果，并且具有易于片上实现，能够快速实时运算的优点。

技术领域

本发明属于激光探测技术领域，具体涉及一种全波形激光雷达的波形特征参数计算方法。

背景技术

激光雷达作为传统雷达技术和现代激光技术的结合，利用激光的特性改善了传统雷达技术时空分辨率不足、探测范围受限等方面的问题，在国土测绘、军事侦察及工业测量等方面应用广泛。常见的激光雷达测距方法可分为三角测距法、干涉测距法和光行时间测距法，其中光行时间测距法中脉冲式光行时间测距法由于其探测距离较远，效率高，测距精度良好等优点成为了目前主流的激光雷达测距方式。

采用脉冲式光行时间测距法的激光雷达通常只采用简单的模拟方法对回波进行处理，例如固定阈值法、峰值检测法等，全波分析方法是一种全新的波形处理方法，它具有模拟方法无法比拟的分辨率、灵敏度和精确度，然而现有的激光雷达中所采用的全波分析方法都只能通过离线计算的方式实现，都依赖于高性能计算机，无法片上实现，计算过程复杂运算时间较长，在便携性和实时性方面不具备优势。

基于上述背景，本发明提供了一种全波形激光雷达的波形特征参数计算方法，它能够通过简单的数据处理方式在片上实现实时的全波分析，在保证精度的前提下实现快速实时运算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全波形激光雷达的波形特征参数计算方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：第一方面，本发明提供一种全波形激光雷达的波形特征参数计算方法，包括以下步骤：

步骤1，根据回波中底噪的统计特征设置预设阈值z＝η+λ·σ，其中η为底噪的均值，σ为底噪的方差，λ为方差系数；

步骤2，激光雷达发射脉冲信号，记脉冲发射时刻为0时刻，接收端将接收到的回波信号进行数字化采样，得到包含脉冲回波的原始波形数据，判断波形数据中的最大值z_max，将z_max对应时刻的最大值和最小值之间所有的数据提取出来，记作z_j，j＝1,2,3,……，将提取数据的个数记作n，将所有最大值对应时刻中的最小值记作t₀；

步骤3，根据数据的个数n计算以下6个系数：

将系数与数据值带入以下计算公式：

得到本次运算出的脉冲到达时刻μ；

步骤4，在上一次迭代中所使用的数据的左右两侧各添加一个原始波形数据记作z_j,j＝1,2,3,……，将所得数据的个数记作n，将所得数据对应时刻中的最小值记作t₀，重复步骤3得到新的运算结果μ′并计算与上一次迭代结果的差|μ′-μ|；

步骤5，如果步骤4中添加的两个新数据均小于2*z_max/3，且|μ′-μ|小于预设的精度，或者步骤4中添加的两个新数据的值均小于预设阈值z，则迭代结束，否则重复步骤4；

步骤6，得到最终的特征参数μ。

进一步的，步骤1中，激光雷达还未发出脉冲信号时，通过模数转换器得到的底噪数据得到其统计分布特征，并根据统计分布特征设置预设阈值。