机载激光雷达回波形心算法修正及硬件验证

针对推扫式机载激光雷达系统实时探测、回波信号微弱等特点,基于常见高斯回波波形,研究高效、精确、易于硬件设计的回波时刻提取算法,实现高精度距离探测.本文通过分析传统波形形心算法的精度及存在的问题,为降低硬件实现时数据精度受损、噪声干扰等对算法的影响,提出一种基于中位数法修正的形心算法,可有效减弱算法硬件实现时的形心分层现象,并利用MATLAB建立数学模型进行仿真实验.结果表明,与传统形心算法以及高斯拟合算法相比,此算法具有较好的稳健性,在信噪比为5 d B时,测时精度可达到0.5 ns,与传统形心算法相比,精度提高了45%,信噪比较高时精度高于高斯拟合算法,可实现0.01 ns理论精度.该修正算法简洁高效,在不增加系统复杂度的前提下,可对形心计算结果做出实时判断与修正.由于算法运算简单,适于向FPGA平台进行移植.该算法已用于推扫式激光雷达系统的信息处理电路,通过基于FPGA的板级测试,验证了理论分析的正确性,可实现±7.5 cm的测距精度,且满足实际应用中对实时性的要求.

大动态范围激光雷达回波信号饱和处理算法

对激光雷达距离探测中的回波信号建模,提出一种窗宽自适应形心修正算法,根据窗宽与饱和度的关系建立窗宽自适应模型以获取形心,并采用中位数修正,实现高精度饱和波形时刻提取.利用Matlab进行仿真分析,结果表明当信噪比为10dB时,窗宽自适应形心修正算法精度为0.3ns,相比于传统形心算法提高92%,可有效解决形心漂移问题.利用板级系统实测波形验证算法,并针对实测波形的微小畸变修正该算法,结果表明在饱和波形下该算法时间精度可达0.5ns,可实现7.5cm的测距精度,有效增大测距动态范围,降低系统复杂度.