采样频率和激光脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响

全波形激光雷达测距精度,又称测距重复精度或测距标准差,受激光器出光稳定性、激光脉宽、探测器响应时间抖动、电路噪声、波形形态、波形采样频率和波形处理算法等因素影响。理论分析了不同采样频率和不同脉宽对全波形激光雷达测距精度的影响,并采集不同的采样频率(1.25、2.5、5 GHz)和不同脉宽(1、2、3、···、10 ns)条件下的波形数据,经滤波、插值、波形提取等预处理后,利用线性高斯拟合、加权线性高斯拟合、迭代加权线性高斯拟合、期望最大化算法、和Levenberg Marquardt算法共5种算法计算测距值并统计测距精度。实验结果表明,EM算法获得的测距精度相比其他4种算法受到波形畸变的影响最小;加权线性高斯拟合算法获得的测距精度受采样频率变化的影响最小;相同波形幅值条件下,实际脉宽增加2.47倍,利用EM算法获得的测距精度从0.97 mm下降至1.18 mm,因此增加脉宽会降低测距精度;在光脉宽为4 ns的情况下,5 GHz采样频率数据在EM算法获得的测距精度分别为2.5 GHz、1.25 GHz采样频率数据的测距精度的1.71倍和3.07倍,而当2.5 GHz和1.25 GHz采样频率数据分别插值2倍和4倍至5 GHz后,仅为1.17倍和1.29倍,因此提高采样频率能够提高测距精度,而对低采样频率数据进行插值能够获得接近高采样频率数据的测距精度。     

脉冲调制激光雷达水下成像系统

针对水下目标探测应用场景,给出了相应的532 nm波长激光雷达系统参数,结合条纹管激光雷达和载波调制激光雷达的优点,设计研制了一套水下三维成像增程激光雷达原理样机。相对于常见的微波调制激光产生高频脉冲的方案,该原理样机采取调Q技术压缩激光脉冲,再结合F-P腔的特性产生高频激光脉冲,具有峰值功率高和输出能量高的优点。实验结果表明,该原理样机在清水环境中成像距离优于20 m,能够捕捉到13 m处直径9 mm的目标细节;在浊水环境中的信号处理增程能力达到81.4%,相对距离分辨误差为0.01 m。所获得的实验结果为进一步提升水下激光雷达的成像距离和分辨率进而发展水下成像装备奠定了基础。     

基于USB总线的机载多脉冲激光雷达产品测试系统研制

针对现有的机载激光雷达产品测试系统不能模拟特定信噪比,且系统使用复杂的问题,开发了基于USB总线的机载多脉冲激光雷达产品测试系统;测控软件可以设定信噪比、脉冲幅值、脉冲周期等参数,并根据静态测距和动态测距的实际需要,生成静态和动态模拟数据;另外,测试系统还能够采集外场数据,并在测控计算机上存储和分析;采集和生成的数据经过USB总线发送给基于FPGA+高速D/A转换器架构的数据转换器,再输出给激光雷达产品,保证了数据传输的高速性和灵活性;经过测试表明,信噪比在3~9的情况下,产生回波信号的距离误差控制在1%以内,信号幅值误差控制在0.5%以内;测试系统的各项指标都满足实际需要,为激光雷达产品调试提供了良好的模拟仿真平台。     

基于激光雷达数据的火星表面障碍物识别

火星车的环境感知能力是其进行智能移动和探测的基础,而障碍物检测识别是环境感知中的一个重要方面,识别效果直接决定了火星车工作能力和安全性。本文提出一种基于激光雷达数据的火星表面障碍物自动识别方法。通过获取的激光雷达点云数据,首先在分析激光反射强度理论的基础上,通过强度补偿理论将点云强度根据距离、角度因素进行修正,进而构建激光雷达强度值与目标特征的反射关系。通过大津法自动求取全局阈值,自适应的将火星表面点云分类为障碍物点云和非障碍物点云;然后通过曲率约束剔除不符合条件的障碍物点云;最后利用基于八叉树叶节点的连通性聚类,实现火星表面障碍物点云的识别。模拟实验结果表明,该方法可实现激光雷达点云中的火星表面障碍物有效提取,典型障碍物识别精度接近90%,为基于火星车障碍物检测和环境感知相关研究提供借鉴。     

单线激光雷达摆动扫描装置及其控制

为弥补单线激光雷达在获取障碍物的几何形状信息上能力较弱的缺点,采用了一种基于无急回特性曲柄摇杆机构的ALV车载激光雷达摆动装置;分析了曲柄摇杆机构的运动特点及无急回特性装置杆长条件;为实现激光雷达在车体平面匀速扫描功能,使用多项式拟合的方法计算出驱动曲柄旋转的直流电机转速与激光雷达摆角之间的关系;建立了系统数学模型,设计了直流电机转速PID控制器,仿真结果表明当负荷力矩不断变化时,系统响应速度快,跟踪误差小;实验数据证明该激光雷达摆动装置实现了期望功能,性能可靠,能够满足ALV主动环境感知的要求.     

电容位置传感器在激光扫描雷达的应用研究

在空间探测中,激光扫描雷达是一个重要的传感系统,它的扫描系统采用差分式电容传感器作为位置传感器.研究了电容位置传感器的工作特点,设计了电容测量电路,并对传感器的线性度和静态误差进行了测试、标定.实验结果表明:在一定范围内,该传感器线性度达99.9%,通过标定可以提供给雷达系统精确的位置信息.     

车载测污激光雷达数据处理软件的设计

数据处理软件是激光雷达系统的重要组成部分.根据车载测污激光雷达采集系统的特性与科研工作的需要设计了车载测污激光雷达数据处理软件.该软件集成了测量物的数据处理与显示功能;能够实时检测到激光雷达的回波信号,并自动进行处理;解决了多种测量物时间、空间分布实时显示的问题.在软件设计过程中,采用了双缓冲技术消除了闪烁现象;利用API函数实现了实时处理功能;在等值线的绘制中使用了不规则三角网对数据进行建模.经过测试,该软件能较好地完成车载测污激光雷达的数据处理工作.     

基于转台的线阵激光雷达地面检校方法研究

介绍了一种基于转台的线阵激光雷达地面检校方法,该方法通过布设物方检校控制场,使用指示激光器建立激光测距值与物方控制点之间的对应关系并引入激光测距的加/乘常数与外方位元素一并作为检校参数,通过坐标转换列出误差方程式;最后使用最小二乘平差解算所有的检校参数。文中给出了实测数据的实验结果分析及精度评定,验证了本文方法的可行性。     

基于激光雷达距离图像的道路边缘检测与跟踪

论述了将激光雷达的距离图像信息用于道路检测和跟踪。首先将扫描点进行聚类分析对道路边缘进行检测和对所检测的边缘进行最小二乘直线拟合,在成功检测道路边缘后,利用Kalman滤波对道路边缘进行跟踪。实验证明该算法具有检测准确且鲁棒性好的特点。     

一种摄像机和3维激光雷达外部参数最大似然估计的标定算法

提出了摄像机和激光雷达外部参数的最大似然估计算法.本算法在计算摄像机和3维激光雷达坐标系转换的旋转矩阵时,考虑了各参数初值的误差情况,根据方差的大小为参数初值赋予相应的权值,使误差大的初值具有较小的权重,而误差小的初值具有较大的权重,从而使参数初值的误差对标定结果的影响能够一致.在此基础上求解旋转矩阵的最大似然估计值,...