CEEMD结合改进小波阈值的激光雷达信号去噪算法

激光雷达远距离回波信号受噪声影响,严重失真。为了有效去除信号的噪声,提高回波信号信噪比,提出一种互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)结合改进小波阈值的去噪算法。CEEMD可以自适应地分解非线性和非平稳信号,改进小波阈值函数具有高阶可导特性,能够克服硬阈值、软阈值函数各自存在的问题。两种方法结合,可以更有效地去除噪声。首先,对回波信号进行CEEMD分解,得到若干固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)。其次,通过相关系数法计算IMF分量与信号的相关系数,确定相关分量和不相关分量。最后,对不相关分量使用小波改进阈值法进行去噪,对相关分量使用粗糙惩罚法进行平滑,再重构信号。基于实测数据的实验结果表明,所提算法比CEEMD去噪法和CEEMD结合原改进阈值去噪法,信噪比分别提升了2.65 dB和0.58 dB。

基于毫米波传感器与激光雷达信号融合的自动驾驶障碍物感知方法

由于自动驾驶无法准确感知障碍物信息,且感知误差较高,为了提高自动驾驶避障能力,提出基于毫米波传感器与激光雷达信号融合的自动驾驶障碍物感知方法。将毫米波传感器内置于自动驾驶装置中,采集自动驾驶装置与障碍物之间的激光雷达回波信号,采用匹配滤波器进行干扰滤波处理,提取传感信号的功率谱密度特征量,采用小波多尺度分解的方法实现信号时频转换,通过Wigner-Vill分布检测和多分辨特征聚类,分析自动驾驶激光雷达毫米波传感信号回波特征,根据波束形成和信号融合结果实现对障碍物感知和自适应定位。测试结果表明,采用该方法进行自动驾驶障碍物感知的准确性较高,感知误差较低,最低为0.01,响应速度较快,最快为0.1 s,收敛迭代步数较小,定位能力较强,提高了自动驾驶的环境适应性。

激光雷达信号检测系统的最佳匹配滤波方法

为了解决激光雷达回波信号弱、干扰强问题,提出激光雷达信号检测系统的最佳匹配滤波方法。通过二进小波变换与模极大值分解激光雷达信号检测系统采集回波信号,获取小波系数,保留回波信号特征的同时增加信号输出信噪比,采用匹配滤波处理所获得的小波系数,并经阈值处理后获取小波系数值估计值,利用小波重构估计值得出噪声滤除后信号。实验结果表明:该方法滤波处理后的信号波形均匀、波动幅度小,在不同的尺度因子下,本方法的噪声滤除结果均在80%以上,在固定的尺度因子和噪声输入时,本方法的噪声滤除了82%,检测精度为97.4%,耗时为10.34 ms,均优于其他方法。

信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比

以激光雷达回波信号的频谱特征为基础,提出了用信号延时叠加来提高激光雷达探测信噪比的方法.通过实验测量获取了大量激光雷达回波信号,并以此为基础,讨论了信号延时叠加提高激光雷达探测信噪比的可行性.结果表明:在系统带宽50MHz、回波脉宽30ns的条件下,通过信号延时叠加可提高激光雷达的探测信噪比在40%以上,且存在最佳的延时时间.

高灵敏度的光子偏振激光雷达系统

在空间目标探测中,由于远距离、小目标的特点,回波信号十分微弱,传统的激光雷达不能很好地探测如此微弱的信号。而且现在空间目标探测不仅需要距离信息,还希望获得目标的强度、偏振等更加多维的信息。提出了基于Gm-APD单光子灵敏度探测器的四路光子偏振探测系统,以GmAPD探测器的泊松概率响应模型为基础,推导了回波微弱信号的强度解算公式,通过四路的强度解算出回波信号的偏振信息,在实验室搭建了四路Gm-APD光子偏振探测系统的原理样机,并介绍了四路Gm-APD光子斯托克斯参量的探测实验。在平均每个脉冲回波能量为7.78×10-19 J的情况下,获得3.95%的线偏振误差和5.84%的椭圆偏振误差的探测结果。

增益调制激光雷达弱信号的双阈值处理分析

在远距离弱信号条件下,增益调制激光雷达系统的测距精度受到强背景噪声的严重干扰。为了提高系统的测距精度,从系统基本工作原理出发,对增益图像进行双阈值化处理,得出了测距误差最小的阈值条件;考虑到阈值处理对目标与背景存在错误判断,结合增益调制像的概率分布函数定义了增益像和距离像的错误率函数。选取距离分别为1930m和1940m的两座建筑物作为目标进行成像实验。实验结果表明:双阈值化处理后,系统的测距偏差减小了58.3%,从而验证了双阈值化处理的可行性。通过对目标与背景实验结果的计算发现,目标距离的错误率存在极小值。

三脉冲激光雷达的目标检测

讨论了如何利用数字信号处理技术提高激光雷达的目标探测能力。采用三脉冲累加技术提高信噪比1．732倍。根据三脉冲激光雷达回波信号的特点，对信号进行差分滤波和匹配滤波处理，信噪比提高约1．5倍；根据目标的相关性采用多帧相关检测对目标进行检测，通过多次的匹配，检测概率增加，虚警概率降低。外场实验结果表明，三脉冲数字激光雷达的成力大大提高，最小可检测信噪比为1．5，迎头截获距离可提高约2-3倍。

多类型调频连续波激光雷达测距原理与仿真分析

依据调频连续波激光雷达测距原理,详细阐述了三种不同类型的调频连续波激光测距雷达的基本过程,并对其测距过程进行了推导;搭建了锯齿波、三角波和正弦波三种不同类型激光测距原理验证平台,设计了调制信号产生模块,拍频仿真模块,并测定拍频后的频率值;分析了三种类型调频连续波激光雷达的适用条件和范围,为后续系统设计和硬件选型提供了参考依据。

应用Zoom FFT方法提高相干测风激光雷达频谱分辨率

脉冲相干测风激光雷达距离门内的回波具有中频高、频带宽、采样点稀疏等特点。采用传统的信号处理方法,雷达频谱分辨率很难提高。在研究无线电雷达信号频谱细化技术的基础上,采用Zoom FFT频谱细化结合数字滤波器组的方法,通过仿真研究验证了该方法对提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率具有良好效果。文章介绍了Zoom FFT算法和数字滤波器组的原理,对模拟低频和高频信号进行了仿真,并且利用真实风场数据进行了验证,充分证明了该算法对于提高脉冲相干激光测风雷达的频谱分辨率的有效性。

CO_2激光脉冲外差信号偏振匹配研究

设计了一个CO2 激光脉冲外差中的脉冲信号光和连续本振光偏振匹配研究实验 ,从理论和实验上 ,分析了偏振态匹配程度对脉冲外差信号的影响 ,当两束光严重失配时 ,不仅降低脉冲外差效率 ,而且还将导致激光脉冲畸变 ,产生很强的连续波外差背景噪声 。

嵌入式DSP激光雷达距离图像处理系统

介绍了一种基于数字信号处理器(DSP)的嵌入式激光雷达图像采集系统的实现原理、硬件结构和软件设计。系统用双口RAM和CPLD采集激光雷达距离数据,经过伪彩色编码后距离图像显示在彩色液晶上。系统用DSP对距离图像进行二值化和非线性滤波处理后,通过连通域搜索提取出目标区域。实验结果表明该系统可满足激光雷达性能测试要求,为激光雷达成像系统研制提供了可靠的现场测试工具。

m序列在激光测距雷达中的应用

针对激光远程测距中的微弱信号检测 ,提出了一种基于m序列的激光测距方法 ,并给出了基于高速数字信号处理器的激光测距雷达数字信号处理系统的实现方案。利用m序列良好的相关特性以及相关检测和相干积累技术 ,有效地提高了激光测距雷达的性能。还提出了 3点插值算法并将其用于目标距离估计 ,进一步提高激光雷达的测距精度。在外场试验中 ,得到良好的试验结果。

脉冲扫描成像激光雷达信号模拟器的研制

随着激光雷达技术的发展,对激光雷达信号模拟器提出了迫切的需求。文中首先分析了脉冲成像激光雷达的信号特点,以及各种模拟方法的优缺点,提出了采用数字与模拟相结合的方案来实现相干脉冲激光扫描成像雷达信号模拟器的研制。总体方案分为数字部分和模拟部分。数字部分通过软件建立仿真所需的目标,并根据 MIT 的统计噪声模型依据所要求的信噪比对仿真目标实时加噪,生成实时目标的强度像和距离像;模拟部分将此目标的强度像和距离像实时生成相干脉冲激光扫描成像雷达信号回波的时间序列,完成模拟回波信号的产生;最后,在激光成像雷达上进行了成像实验,初步验证了文中研制的激光雷达信号模拟器的可行性。

线性调频连续波激光雷达信号处理研究

线性调频连续波(LFMCW)激光雷达具有无距离盲区、高距离分辨率、结构简单等优点,特别适合用于高精度和近距离目标探测的场合,在激光制导以及激光引信领域都具有广泛的应用前景。以美国NP Photonics公司生产的连续可调谐光纤激光器作为光源,并通过实验测量了其必要的调制参数;大量使用了光纤器件,简化光路的结构,提高外差探测效率。在此基础上,设计搭建了全光纤的LFMCW激光测距测速演示实验系统,并使用图形化编程语言LabVIEW进行信号处理和分析。实验系统具有同时测量运动目标速度和距离的能力,测速灵敏度高,速度分辨率高于0.01 m/s.验证了实验系统的可行性,为LFMCW激光雷达系统的进一步设计打下了基础。

激光多普勒测速雷达高精度频率估计综合算法

为实现对目标速度的高精度测量,该文搭建了激光多普勒测速雷达系统,并对其频率估计算法进行了研究。对基于自相关运算的频率估计算法进行了改进,使其性能达到了最优,并结合Quinn算法的特点,提出了一种对信噪比具备自适应性的频率估计综合算法。Monte Carlo模拟仿真和圆形转台测速实验结果表明:新算法具有更优的性能,且采用该算法后,系统速度的均方根误差小于2 mm/s,相对误差优于0.06%,实验结果与理论分析和仿真结果一致。

激光雷达回波信号增强技术研究

针对当前激光雷达回波信号降噪在过程中易去除有价值信号,出现信号失真问题,提出基于改进经验模态分解的激光信号增强方法。采用小波分析的IMF分量去噪方法,为高频噪声分量的各层IMF分量赋予一个阈值,再叠加分量区间开展数据重组,去除高频噪声,保存低频有价值信号,实现有价值信号和噪声的准确分离,通过峰值检测设置阀值过滤掉回波信号噪声,提升回波信号的信噪比。结果表明,该方法具有较强的去噪性能,有效过滤了高频噪声,准确采集到有价值的回波信号。

激光多普勒测速雷达信号处理的FPGA实现

激光多普勒测速雷达信号处理由于数据量大、实时性强等特点,对信号处理单元的要求较高。现场可编程门阵列(FPGA)具有高速、并行性等优点,可以满足测速雷达的需求。介绍了利用单片FPGA实现激光多普勒测速雷达信号处理的过程,详细说明了数据的缓存、干扰频率的滤波、2倍降采样、快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)和脉冲累积等步骤的FPGA实现,最后分析了模块的性能并给出了测试结果。

胶轮压路机施工防撞系统的分析及设计

胶轮压路机在沥青路面施工中的高频作业事故已成为道路施工行业亟待解决的关键难点问题.从胶轮压路机实际施工环境、作业特征及事故原因等因素出发,提出了胶轮压路机由远及近的二级防撞控制策略,阐明了毫米波雷达远距离侦测、三维扫描激光传感器近距离感知的防撞预警模式;引入对地测速雷达系统,构建了胶轮压路机安全制动距离的确定方法;并根据信号采集与处理的原理,建立了由毫米波雷达、三维扫描激光传感器、对地测速雷达三大系统集成的胶轮压路机防撞系统设计方案.研究成果为胶轮压路机综合防撞系统平台的综合开发提供了理论基础和技术支撑.

精密控制谐振腔获得合成孔径激光雷达信号的方法

为获得高效的合成孔径激光雷达信号,提出一种通过精密控制谐振腔提高激光线性调频信号有效功率的方法,并描述了激光器的调频实现。首先,分析驱动信号获得其傅里叶谱,获知调腔信号有效功率低的原因在于调腔器件对信号高次谐波响应较差;通过在谐振腔驱动电路中引入了高次谐波响应模块,最终有效地减小了信号调频波形下降沿,提高了合成孔径激光雷达信号的有效功率。对所获得的调频信号性能指标进行了测试,结果表明,调频周期为1 ms时,调频带宽达到了789 MHz,信号功率中有用功率由72%提高到92%以上。

激光雷达在运动目标定位中的应用

激光雷达的运动目标定位关键在于准确估计运动目标方位参量,为了提高目标的定位精度,提出近场源三维参量联合估计的激光雷达运动目标定位算法。首先构建了激光雷达对运动目标定位的近场源模型,对近场源中运动目标的每个信源参数自动配对,然后对采用激光雷达检测技术进行目标回波信号检测,结合频率、角度和距离三维参量联合估计的DOA算法实现运动目标的准确定位。实验结果表明,本文提高了激光雷达运动目标参量估计的精度,而且定位的速度也得到加快。