[发明专利]一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法

摘要

本发明提出了一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法，解决传统阵列成像技术依赖于探测器阵列规模的问题，实现以小规模探测器阵列完成无扫描、大视场、高分辨率的三维成像。所述方法实现步骤为：激光器产生窄脉冲激光源，经光束整形器形成近平顶能量分布的面阵光束；再通过码分多址光编码器形成二维面阵编码光束投射到目标表面；成像镜头接收后，光复用器将编码区像素细分并分组复用，得到若干通道的亚像素混合全编码信号；由等通道数的探测器阵列接收后再由等通道数的数据采集系统记录数据；通过信号处理算法从每个通道全编码信号中高精度解调出亚像素距离信息；经距离修正和像素拼接后，结合各像素地理位置信息，完成目标的三维图像重建。

主权项

1.一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法，其特征在于,包括以下步骤：/n(1)通过光束整形装置将激光源整形为能量近平顶的矩形截面激光光束，采用光编码器将光束截面划分为2^N×2^N段，所述的光编码器具有2^N×2^N个编码器单元，所述N为正整数，对各段顺次实行2^2N阶码分多址编码之后投影到目标表面的2^N×2^N段；/n(2)通过M个单元的探测器阵列对目标表面的2^N×2^N段像素区域进行细分后再复用，使每个单元探测器均可接受2^N×2^N个物点的回波信号，且这些物点的码元属性构成完整的一组编码，即每个单元探测器获得2^2N阶全编码回波信号，因此，通过M个单元的探测器阵列完成了对M×2^2N个物点回波信号的复用接收；/n通过探测器阵列获得的M个通道全编码回波信号经过高速采样得到M组全编码波形数据，每组都包含2^2N个不同像素信息，信号采样率应满足奈奎斯特采样定理以实现信号不失真重建，通过全编码波形信号处理算法提取所有M×2^2N个像素的距离信息，通过面阵三维重建完成目标的三维成像；所述的光编码器将光束截面划分为二维的2^N×2^N段，采用2^2N阶单极性正交码WH_N′＝[h₁h₂…h_N′]^T，所述N′＝2^2N，码元素为“1”或“0”，码“1”表示通光，码“0”表示拦光，可通过控制光编码器各单元通断实现，以此实现对面阵光束在空间维度和时间维度的二维编码；所述复用的方法是将目标划分的2^N×2^N段像素区域依次标记为将各段像素区域均匀细分为M＝M₁×M₂个亚像素，所述M₁、M₂为正整数，依次标记为这样所述的2^N×2^N段像素区域被细分为M₁2^N×M₂2^N个亚像素，每段的M₁×M₂个细分单元对应同一编码属性，对每段抽取同一序号的细分单元进行重组，得到M个分组，这样每个分组均构成一个完整的编码组，分别用M单元探测器阵列进行复用接收，同一组别的2^2N个亚像素回波信号通过光纤复用传至一个探测器单元，这样就实现了复用M单元探测器阵列来接收M×2^2N个物点的回波信号；/n所述全编码波形信号处理算法步骤包括：/n(a)全编码波形预去噪：对整个编码区间进行整体去噪，控制去噪强度以避免丢失细节信息；/n(b)全编码波形信号解码：对M组全编码波形用本地码组相关解码，获得M×2^2N个像素的脉冲特征波形；/n(c)脉冲特征波形增强：对各组脉冲特征波形进行进一步去噪平滑；/n(d)波形拟合分解：对各组脉冲特征波形进行拟合分解，获取各像素的距离特征值；/n(e)面阵三维重建：根据各像素的空间分布及视场角，对获取的面阵像素的距离值进行正射投影转换得到其实际深度值，按面阵像素复用规则进行像素拼接，结合GPS地理位置信息重建三维图像。/n