[发明专利]一种高效的激光雷达回波信号去噪方法

权利要求书

1.一种高效激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：将激光雷达回波信号作经验模态分解，得到有限个本征模态函数和残差；

步骤二：将本征模态函数由低阶到高阶依次去除，保留去除本征模态函数之后的信号作为剩余分量，计算每个剩余分量与激光雷达回波信号间的相关系数，按顺序将每个剩余分量对应的相关系数与设定的阈值依次进行比较，当某个相关系数开始小于设定的阈值时，确定该相关系数对应的剩余分量中的本征模态函数为低频本征模态函数分量，而对应的剩余分量之前的本征模态函数分量为高频本征模态函数分量；

步骤三：对于高频本征模态函数分量，采用软阈值处理方法对其进行去噪；

步骤四：对于低频本征模态函数分量，采用粗糙惩罚平滑模型进行处理；

对于低频本征模态函数分量采用的粗糙惩罚平滑模型为

其中，IMF_i(n)为第i本征模态函数的第n个点；IMF_i'(n)为为第i本征模态函数平滑后的第n个点；λ为惩罚系数；y(x)为待估光滑函数；y(x)”为y(x)的二阶导数；上式右边第一项为基本的最小二乘原理，第二项为增加的粗糙惩罚项；

惩罚系数λ选用交叉验证法进行确定

其中，f(n)为验证样本；f_n^*(λ)为在一个给定的λ下的估计值；

对于上式，得到的最小值所对应的λ即为所需的光滑参数；

步骤五：将步骤三和步骤四中处理后的本征模态函数分量与残差进行重构，得到去噪后的激光雷达回波信号。

2.按照权利要求1所述的一种高效激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于：所述步骤一具体步骤为，

1.1识别出激光雷达回波信号f(x)的所有极大值以及极小值点，x为探测距离，形成f(x)的上下包络线U、L，计算上下包络线的均值：M＝(U+L)/2；

1.2将f(x)减去上下包络线的均值：h＝f(x)-M，判断h是否满足本征模态函数的定义，若满足，则得到第一个本征模态函数分量记为h⁽¹⁾，代表回波信号中的最高频率分量；否则，将h作为新的f(x)，重复以上步骤；

1.3将f(x)减去h⁽¹⁾，从f(x)中分离出本征模态函数，得到差值：res＝f(x)-h⁽¹⁾，判断res是否满足残差的条件，若满足，保留该分量；否则，将res作为新的f(x)，重复以上所有步骤。

3.按照权利要求1所述的一种高效激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于：所述步骤二中,剩余分量f_m(x)之间的相关系数ρ(m)计算公式为

其中，f(x)为激光雷达回波信号；f_m(x)为回波信号去除前m个本征模态函数后的信号，即剩余分量；h⁽ⁱ⁾(x)为第i个本征模态函数分量；N为本征模态函数分量的长度；

所得的相关系数呈单调递减，通过与设定的阈值进行比较，获得最后一个大于阈值的相关系数，从而确定第一个低频本征模态函数分量的位置k_th：

其中，last表示在ρ(m)中最后一个大于等于C时，m对应的值，C的取值范围为[0.75，0.85]；L为本征模态函数分量的个数。

4.按照权利要求1所述的一种高效激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于：所述步骤三中对于高频本征模态函数分量采用的软阈值方式，其处理方法为

其中，h⁽ⁱ⁾(x)为第i个本征模态函数分量；T_i为阈值；

阈值选取为

其中，N为本征模态函数分量的长度；median(|h⁽ⁱ⁾(x)|)为取第i个本征模态函数分量的中值。