基于小波变换的激光雷达回波信号处理关键技术研究

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1、分类号：TN912密级：公开UDC：621编号：201431204043河北工业大学硕士学位论文基于小波变换的激光雷达回波信号处理关键技术研究论文作者：朱金龙学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：王涛职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONKEYTECHNIQUESOFLASERRADARECHOSIGNALPROCESSINGBASEDONWAVELETTRANSFORMbyZhuJinlo

2、ngSupervisor:Prof.WangTaoMarch2017摘要激光雷达作为集成多学科领域的产物，具有极高的应用价值及应用范围，也注定成为目前高科技领域研究热点。然而广阔的应用范围形成了激光雷达复杂多变的使用环境，同样，极大程度地限制了对目标信号检测和处理的能力。本文对激光雷达探测系统中的信号处理系统展开仔细研究，试图通过对回波探测信号的降噪处理，实现探测目标的信息提取，达到提高激光雷达对复杂环境的适应性，克服由环境因素导致的测量精度与探测距离不足的问题。小波变换作为一种有效的信号处理理论，由于优越的去噪性能受到广大学者的关注，近年来被广泛应用于信号去噪领域，且逐步实现将小波理论到

3、应用的过渡。本文以小波变换为基础理论，以阈值去噪法、相关去噪法及改进方法实现对激光回波探测信号的去噪研究。首先，介绍了小波变换理论，并重点对小波变换具有的多分辨率分析详细阐述，通过借助MATLAB仿真实现对多分辨率的深刻理解；然后，综合分析激光雷达信号特性及建立噪声模型。激光束在大气中传输时，由于受到大气吸收、散射和湍流因素的影响，往往导致激光信号能量的衰减。回波探测信号由接收系统接收时，主要形成了以背景噪声、探测器噪声和前置放大器噪声构成的噪声模型，结合噪声性质的研究，提出高斯白噪声的噪声模型；最后，对单脉冲和多脉冲积累的激光回波探测信号进行去噪研究。对几种不同信噪比的单脉冲信号分别用阈

4、值法和相关法进行分析，主要进行了小波函数、分解层数、阈值和阈值函数的选取，并进行去噪仿真实验。对低信噪比信号运用多脉冲积累后，结合相邻尺度积硬阈值法及相邻尺度积折中阈值法实现探测信号的去噪实验分析，通过仿真数据对去噪方法进行验证。通过仿真数据表明：阈值法和相关法对信噪比较高的激光回波探测信号有较好的去噪性能，但对低信噪比探测信号去噪效果不理想；以相邻尺度积硬阈值法和相邻尺度积折中阈值法搭配多脉冲积累更好的实现了对低信噪比信号的去噪处理，并以相邻尺度积折中阈值法具有更好的适应性。关键词：激光雷达小波变换阈值去噪相关去噪显著性函数多脉冲积累IABSTRACTLaserradarasaprodu

5、ctofintegratedmultidisciplinaryfield,hasaveryhighapplicationvalueandapplicationrange,butalsodestinedtobecomethecurrenthigh-techfieldresearchhotspot.However,thebroadrangeofapplicationsformsacomplexandvarieduseenvironmentforlaserradar,and,tothegreatestextent,limitstheabilitytodetectandprocesstargets

6、ignals.Inthispaper,thelaserradardetectionsysteminthesignalprocessingsystemtostudycarefully,tryingtoechodetectionsignalnoisereduction,toachievethedetectionoftargetinformationextraction,toimprovethesensitivityofthelaserradartocomplexenvironments,toovercometheenvironmentalfactorsthemeasurementaccurac

7、yandthedetectiondistanceisinsufficient.Asaneffectivesignalprocessingtheory,wavelettransformhasbeenwidelyusedinthefieldofsignaldenoisinginrecentyearsbecauseofitssuperiordenoisingperformance,andgraduallyrealizedthe