Gm-APD激光雷达信号提取算法研究Gm-APD激光雷达信号提取算法研究Gm-APD激光雷达信号提取算法研究
Gm-APD激光成像雷达因其高灵敏度，高精度，易于集成等优点而成为当前的研究热点，本文主要研究Gm-APD激光雷达信号提取算法，针对白天背景光强回波数据信噪比低，信号回波弱，导致信号提取成为其发展难点，且传统峰值法信号提取效果差，重构得到距离像目标还原度低，因此提出了三种提升信号提取质量的算法。 首先，调研了Gm-APD激光成像的研究现状及其信号提取重构算法的研究现状，通过对国内外研究现状的分析，确定了本文的主要研究内容。同时研究分析了Gm-APD的触发原理，其成像雷达系统的原理，Poisson分布触发模型，传统信号提取算法及重构三维像的客观评价指标。 其次，针对峰值法存在的缺点及回波数据特点，由相关思想提出基于一阶加权类高斯匹配滤波算法，理论推导得到其探测率及虚警率表达式，与峰值法进行比较，结果显示目标位于选通门中端时，基于一阶加权类高斯匹配滤波算法探测率更高，虚警率更低。当匹配滤波算法受高噪声影响无法较好提取目标时，根据Poisson分布模型不受噪声触发次数影响，可得到极大似然估计算法，对影响算法性能的估计信号值及噪声值进行分析，结果表明其存在最佳组合值。当实际触发与Poisson理论触发存在差距时，根据微弱信号凸起特征得到凹凸搜索算法，分析算法中方差值对信号提取的影响，结果表明其存在最佳组合值。由于低信噪比回波数据使用阈值法去噪效果差，采用十字邻域去噪算法，有效提高去噪及保留目标能力。 最后，对比四种算法的信号提取能力，首先验证三种新算法的适用性，使用峰值信噪比最高为69.50的回波数据，20帧数的重构结果表明，三种新的算法较峰值法目标还原度可提高≥18%，具有适用性；其次使用峰值信噪比最高为10.17的回波数据处理，对比分析500帧数的重构结果，去噪后凹凸搜索的算法目标还原度最佳，较峰值法提高≥17%；再次使用峰值信噪比最高为1.50的回波数据处理，对比分析1000帧数的重构结果，去噪后凹凸搜索算法目标还原度最佳，较峰值法最高可提升30%。最后为了更全面分析不同帧数下结果，使用多组两个场景下的低信噪比回波数据，对比不同帧数的重构结果，得到凹凸搜索算法的信号提取重构效果最佳。
激光雷达;信号提取算法;去噪算法;数据处理
哈尔滨工业大学
硕士
物理电子学
陆威
2019
中文
TN958.98
2020-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）