[发明专利]一种基于脉冲回波形态的激光测高仪动态阈值选取方法

说明书

技术领域

本发明属于激光遥感领域，具体涉及一种基于脉冲回波形态的激光测高仪动态阈值选取方法，适用于星载激光测高仪测距值的高精度获取。

背景技术

激光测高仪是一种主动式的激光遥感设备，它主要由发射系统和接收系统两部分组成。激光测高仪脉冲回波是发射系统所发射激光脉冲信号经过大气传输和目标散射后，由接收系统对激光脉冲回波进行接收和处理所得到的电脉冲回波信号。激光测高仪脉冲回波的建立过程如图1所示。鉴于目标倾斜效应和系统参数的影响，脉冲回波将会发生一定程度的展宽。同时，考虑到激光测高仪工作过程中存在环境噪声和系统噪声，因此，激光测高仪的回波信号是脉冲回波信号与噪声之和。

通过对激光测高仪所采集的发射信号和回波信号的处理与分析，可以解算出激光脉冲的渡越时间，其解算原理如图2所示，它满足以下关系形式：

T_opt=t_r-σ_t+σ_r+τ_t-τ_r

其中，t_r是回波信号的阈值上升沿时刻，σ_t和σ_r分别是发射信号和回波信号的阈值上升沿时刻至其时间重心的时间宽度，τ_t和τ_r分别是发射激光脉冲信号和激光脉冲回波信号在光电转换和处理过程中所引入的时间延迟。

噪声和回波信号展宽的存在将影响激光脉冲渡越时间判定的准确程度，从而制约激光测高仪的测距精度。对于常见的高斯电脉冲回波信号而言，激光脉冲渡越时间的方差可以表示为：

Var(Topt)=Var(tr)2+λ]]>

激光脉冲渡越时间的的方差主要由两项因子组成，其中，第一项因子与噪声水平、回波信号的展宽程度和阈值选取有关，第二项因子λ为激光测高仪系统时间延迟的方差，主要与激光测高仪器件参数有关，它一般在激光测高仪工作之前可以通过测试来确定，可视为常数值。

激光测高仪的测距误差与激光脉冲渡越时间的方差成正比关系，它可以表示为对于不同的测量条件和测量目标，合理选取脉冲回波的阈值水平是决定激光测高仪测距误差的关键所在。

近年来已经有一些典型的有关脉冲回波阈值选取方法的报道，如基于极值的阈值法（P.Palojarvi,et al.“new approach to avoid walk error in pulsed laser rangefinding”,Proceedings of the IEEE,1,258-261,1999）、基于恒定比的阈值法（D.Harding.“Pulsed laser altimeter ranging techniques and implications for terrain mapping”,Topographic Laser Ranging and Scanning Principles and Processing,173-194,2009）、基于双阈值法（季荣炜,等.“脉冲激光测距时刻鉴别方法的研究”,红外,31(11),34-37,2010）。这些方法是在忽略噪声影响或假定脉冲回波展宽程度较小、回波信号上升沿为线性分布的前提下，根据脉冲回波的极值点位置、50%峰值点位置或双阈值位置来确定激光脉冲的渡越时间。采用这些方法仅能适用于特定的测量条件或较小坡度的平面目标，无法实现全天时和大坡度平面目标的高精度测距任务。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种在综合考虑噪声水平和回波展宽的情况下，以激光测高仪测距误差最小化为依据，实现激光测高仪动态阈值的优化选取，使得星载激光测高仪可以在不同测量条件完成对不同坡度平面目标的高精度激光测距的基于脉冲回波形态的激光测高仪动态阈值选取方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：