机载激光雷达回波信号建模及处理技术研究

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1、机载激光雷达回波信号建模及处理技术研究StudyontheWaveformSimulationandSignalProcessinginAirborneLidar工程领域：集成电路工程作者姓名：薛文佳指导教师：赵毅强企业导师：王连中天津大学微电子学院二零一七年十一月摘要机载激光测深雷达（AirborneLidarBathymetry,ALB）是海洋测绘领域研究的热点，由于其基本不受海域航行条件的限制，且具有覆盖面广、测量效率高等特点，被广泛应用于浅海区域的探测开发。受海水浑浊度、海底地质、海水深度等因素的影响，激光回波信号存在动态范围大、海底信

2、号微弱等问题，因此，大动态范围回波信号的有效接收以及海底微弱回波的提取成为整个测深系统研制的一大难题。本论文基于机载532nm激光水下摆扫测深系统，针对系统中大动态范围回波信号的接收与处理展开相关研究工作。首先，根据系统需求，完成测深系统的架构设计。采用双通道多路增益并行处理的方法，实现浅海和深海分离测量，有效提高系统处理大动态范围回波信号的能力。其次，根据系统中器件参数以及环境参数完成532nm激光回波信号的波形建模，并利用增益、量化位数等参数完成基于信号处理电路的仿真，同时提出累加式拼接算法，实现多路并行信号的拼接处理。之后，基于仿真所得波

3、形数据，利用回波信号处理算法实现海底回波位置的有效提取，仿真结果显示，单通道的多路增益并行处理电路可实现动态范围为64.5dB的信号接收与处理，经统计，可实现最大偏差为5.9cm，最大标准差为0.2cm的测深精度，满足系统要求。最后，基于所设计的系统架构，完成核心功能模块的测试，同时对累加式拼接算法和回波处理算法进行功能测试，并对实测结果进行了统计分析。实验结果表明，本文所设计的系统架构可实现大动态范围信号的接收，提出的累加式拼接算法以及回波处理算法可实现对微弱回波信号的有效提取。关键词：机载激光测深，波形建模，大动态范围，回波信号处理IABS

4、TRACTAirborneLidarBathymetry(ALB)isahotresearchareainthefieldofoceanography.Itiswidelyusedintheexplorationanddevelopmentofshallowwaterarea,forthereasonthatitisbasicallynotrestrictedbythenavigationconditionsintheseaandhasthecharacteristicsofaerialoperationandhighefficiency.Du

5、etotheinfluenceofseawaterturbidity,seafloorgeology,seawaterdepthandotherfactors,theechosignalvarieswithalargedynamicrangeandthebottomechosignalistooweak.Therefore,theeffectivereceptionofthelargedynamicrangesignalandtheextractionofthebottomechosignalbecomethemajorproblemsinAL

6、Bsystem.Theresearchonthereceptionandprocessingofthelargedynamicrangesignalhasbeencarriedoutbasedon532nanometerunderwaterscanningbathymetrysystem.Firstofall,systemarchitecturedesignbasedonthesystemrequirementshasbeencompleted.Thedual-channelmulti-channelparallelprocessingmeth

7、odisadoptedtorealizetheseparationmeasurementinshallowseaanddeepsea,effectivelyimprovingthecapabilityofprocessinglargedynamicrangesignalsandtheextractionofweakechoinlargedynamicrangesignalforthesystem.Secondly,thewaveformsimulationofthelaserechosignalisperformedaccordingtothe

8、parametersofthesystemandtheenvironment,inthemeanwhiletheprocessingcircuitle