基于多脉冲的机载远程激光测距信号处理算法

通过接收端的信号处理电路提高回波信噪比,已成为增加机载激光测距机测程的一种有效方法。多脉冲累加平均利用信号相关而噪声不相关的时间特性能使信噪比提高N倍,从频域角度分析可得时域平均即频域的窄带化技术,带宽随脉冲个数增多而变窄。针对目标运动时回波有移位的特点,提出了多脉冲重叠区域应满足一定宽度的观点,通过仿真测试得到验证,给出了运动目标下多脉冲有效积累时脉冲重复频率需满足的条件。     

低信噪比下多高斯脉冲组成的激光雷达回波信号滤波算法

针对激光目标回波信号在高信噪比与低信噪比时脉冲波形不同的特点,研究设计了针对低信噪比下多高斯脉冲组成的回波信号进行降噪的小波滤波算法。首先介绍了光电探测中信噪比的定义,给出了不同信噪比下脉冲回波的实际波形。接着,研究了高信噪比时激光回波的时域积累及差分平滑滤波算法,仿真并分析了算法性能。随后,对低信噪比下多高斯脉冲组成的目标脉冲波形采用小波低频系数重构滤波,通过仿真实验选择了合适的小波基以及分解层级。     

低信噪比下机载多脉冲激光雷达姿态不敏感性特征提取研究

针对纳秒量级脉宽机载多脉冲激光照射目标的回波波形,提出几何分割比这一目标姿态不敏感特征,给出了特征提取算法,可用于与激光目标运动状态结合开展目标检测与跟踪。首先,基于激光目标波形数学模型分析目标波形与目标特征的关系,指出激光目标的几何分割比特征具备姿态不敏感特性。接着,结合目标特征提取对目标波形和噪声不失真分离的要求,提出在小波域利用对称小波基进行改进Donoho阈值降噪处理,在时域利用小波重构信号阈值获取目标波形序列,再由一阶二阶差分计算检测目标波形峰值点,进而提取激光目标散射中心及几何分割比等特征。最后,通过仿真实验验证算法在低信噪比下提取激光目标特征信息的有效性。在与机载多脉冲激光目标模拟器联试实验中,利用文中算法提取激光目标特征结合目标的运动状态信息,开展多帧相关匹配检测,多脉冲激光目标检测的可靠性明显提高。     

目标反射特性与激光测距回波强度关系的研究

激光测距方程的表达形式与目标反射模型的选取有关.不同文献中的测距方程不尽相同,通过对不同反射模型测距方程的推导,指出不同文献中测距方程的联系及测距方程差异产生的原因.用数值模拟的方法,直观给出不同目标模型回波信号的差别及其强度随探测距离、仰角的变化关系.在设计脉冲激光测距仪时,模拟结果可以帮助选取合适的参数.     

低信噪比下脉冲激光雷达回波信号小波域滤波算法

通过分析脉冲激光雷达回波中目标信号与噪声在频域不同的分布特性及在小波域不同的传播特性,提出了小波域脉冲激光雷达回波信号滤波的新算法.在低信噪比下,利用小波分解和模极大值降噪技术相结合的方法,不仅能够很好地滤除激光回波中的高频噪声,并且也可大大降低回波中低频噪声对弱小目标的影响.仿真结果表明了该滤波算法的有效性.     

基于CPLD的多目标脉冲激光测距系统的设计与实现

研制了基于CPLD的多目标脉冲激光测距系统,传统的测距方法,每个激光脉冲只能测量单一的目标,而多目标测距系统可以对测距范围和测量方向上出现的多个目标同时进行测量,系统采用先进的复杂可编程逻辑器件CPLD实现,较好地实现了集群式多目标捕获的关键技术,提高了激光测距系统的实用性、灵活性。     

新型机载多脉冲激光雷达目标信号模拟器

研制多脉冲激光雷达目标信号模拟器,用以评估回波数字信号处理算法及其实现平台的性能。首先,介绍了目标信号的主要组成以及回波信噪比的两种定义。接着,基于激光雷达方程及1.064μm激光器的辐射激光的光电接收实验,获取信号波形并对目标回波信号组成进行分析,结合空中目标的回波脉冲展宽建立了机载脉冲激光雷达目标回波信号模型。之后,提出了依据电压信噪比产生回波观测信号的方法。最后,给出了基于"FPGA+高速D/A+USB2.0数据传输"的目标信号模拟器软硬件实现,可为回波信号处理器提供信噪比为1-9的静、动目标回波及主波信号。     

低信噪比激光弱小回波信号的数字化检测和仿真

文章针对激光弱小回波信号的低信噪比,提出了运用数字信号处理技术对回波信号进行处理的方法,并进行了一系列仿真和计算.     

高分七号激光测高中全波形回波数据的EMD降噪

针对具有多个高度层的复杂场景,全波形激光测高系统记录的回波信号中往往带有较高的噪声,采用合适的降噪方法将有助于提高计算激光测距的精确性、反演地物垂直结构和构建目标特征参数的准确性。根据高分七号激光测高在轨探测的低信噪比全波形数据的特性,采用经验模态分解（Empirical mode decomposition,EMD）方法来构建典型的本征模函数（Intrinsic mode function, IMF）,对于分解出多个不同尺度IMF的筛选,比较了使用去除高频分量,阈值选取、Wavelet选取和去趋势波动分析（Detrended fluctuation analysis, DFA）等方法与策略,通过降噪效果及定量评价,测试结果表明EMD-DFA1与EMD-1IMF对高分七号激光测高的全波形数据具有较好的降噪效果,其次为EMD-Wavelet和EMD-Threshold。另外通过EMD-DFA1对单个波峰、混叠波峰、多个波峰等不同情况的全波形数据测试,结果表明该方法具有较好的自适应性。     

机载平台动态杂波背景下多脉冲激光距离扩展目标回波滤波算法研究

现代飞机装备机载光电探测系统,采用红外热像仪搜索空域飞机目标的方位,利用脉冲激光测距机测量目标的径向距离。机载脉冲激光目标检测是一个动态过程,当光斑在目标上移动或大气湍流折射导致回波光束偏离接收天线时,目标时有时无,导致无法稳定跟踪目标。仅利用目标回波脉冲的幅度信息进行检测,限制了激光目标的有效作用距离。在机载平台的动态杂波背景下,将脉冲激光目标视为距离扩展目标,回波信号看作目标波形像,结合时间宽度上的波形特征开展检测,可较好解决动态目标检测问题。鉴于此,文中提出了一种基于小波变换的多脉冲激光距离扩展目标回波滤波算法。实验结果表明,所提算法能够较好地保持波形特征。     

激光回波的目标检测算法

目标检测的阈值法经常用于检测目标的回波信号。它的性能取决于信噪比,当信噪比大于6.7时,能够检测出目标。为了提高信噪比,经常采用匹配滤波器。如果系统是窄带系统,噪声为色噪声,无法使用匹配滤波器,不能提高信噪比。激光回波信号的几何特征不同于噪声。提出了一种利用这种几何特征检测目标的算法。当信噪比大于2时,该算法能够检测出目标。该算法已经实际应用。     

脉冲激光测距系统的仿真检测技术

利用半导体发光器件作为目标模拟光源,通过接收系统或装备发射的激光获取仿真测试的脉冲同步信号,以此信号启动模拟目标回波脉冲的延时过程,延时结束向被测系统或装备回送一至三个强度适当的模拟回波(光)脉冲,通过检验被测系统响应,可判断测距性能是否符合技术指标。这项技术将激光能量检测、脉冲同步信号的提取和目标回波信号的仿真回送集于一体,实现了脉冲激光测距系统或装备的光接口无损室内(在线)仿真检测。     

低信噪比下周期平稳信号的稳健检测算法

本文提出了一种新的对周期平稳信号进行检测以及对二阶周期循环频率进行估计的算法。该算法利用信号的递归性质构造高阶自相关矩阵,并通过利用周期平稳信号与自相关矩阵特征值和特征向量的关系,对其进行检测以及对循环频率进行估计。传统检测周期平稳信号的算法是通过计算其循环自相关函数或循环谱实现,相比传统算法而言,本算法由于利用到了信号更多的先验信息,因而在较低信噪比以及较低快拍数下对周期平稳信号均能有较好的检测性能。文中仿真实验表明,本文所提算法估计出的伪循环谱相比传统方法估计出的循环谱更为平滑,在相同快拍和信噪比条件下,检测概率均高于传统方法,特别在低信噪比下对检测概率的改善更为明显。      

脉冲激光测距机消光比测试研究

本文对脉冲激光测距机消光比测试原理进行了详尽分析。提出了消光比指标的计算方法和测试的具体方案,并提出按两点消光比数据测定大气衰减系数的新方法。     

脉冲激光测距机相对增益曲线测试方法

脉冲激光测距机为了抑制近距离大气后向散射的干扰,采用时间程序增益(TPG)控制电路,使测距机接收系统的增益随目标距离即回波时间变化.相对增益就是不同距离上的增益与最大增益的比值,其对运动小目标测距的影响十分明显,合理控制增益曲线是测距机设计中需要考虑的重要因素.相对增益曲线测量是由光电转换、距离设置、模拟回波激光器和准...     

低信噪比条件下快变多普勒频偏捕获算法

针对卫星移动通信低信噪比条件下快变多普勒频偏捕获提出了一种新的算法即基于搜索空间压缩的谱线循环平移算法。首先,介绍了现有的载波频偏捕获技术,分析其不能适应快变多普勒频偏条件的原因;其次,分析了多普勒变化率对载波频偏捕获的影响,主要考虑一次变化率与二次变化率将严重限制低信噪比情况下对载波频偏估计时非相干累加的有效性;最后,在此基础上,提出了低信噪比条件下快变多普勒频偏捕获的基于搜索空间压缩的谱线循环平移算法。对算法进行的Matlab仿真结果表明,其具有2~3 dB的改善增益,与最大似然算法相比,在性能仅有0.2 dB损失的情况下运算量大大减少。     

一种低信噪比TDMA信号的载波同步算法

本文深入研究了基于FFT运算进行相位扩展的宽范围自相关函数法和宽范围L&R算法,分析了这两种载波频偏估计算法的性能.在此基础上,本文结合TDMA信号的前导字和CZT(chirp z-transform)算法的高频率分辨率特性,设计了适于低信噪比信号的宽范围载波同步改进算法.该算法利用TDMA信号的前导字进行数据辅助(DA)型载波同步,有效地缩小了低信噪比信号的频偏范围;再利用CZT算法进一步缩小频偏范围,最后利用非数据辅助型(NDA)自相关函数法得到精确的载波频偏.改进算法的计算复杂度略高于宽范围自相关函数法,而远低于宽范围L&R算法.通过仿真比较,改进算法对低信噪比(SNR)环境(3-6dB)中的信号具有良好且稳定的估计性能.     

一种应用于高精度脉冲激光测距的自动增益控制方法

对高精度脉冲激光测距仪而言,引入自动增益控制技术可以在保证测距精度的前提下极大地扩展接收系统的动态范围。本文分析并讨论了激光测距仪回波接收系统中增益调整的手段,在此基础上给出了高精度测距条件下增益控制的范围,提出了一种根据实时测量的噪声和信号幅度动态调整接收系统增益的自动增益控制方法。实验结果表明,含有自动增益控制的回波接收系统可以自适应于回波功率的变化,在宽动态范围内保证高精度测距。