[发明专利]一种基于单量估计的Gm-APD激光雷达透雾成像重构方法

权利要求书

1.一种基于单量估计的Gm-APD激光雷达透雾成像重构方法，其特征在于，所述透雾成像重构方法包括以下步骤：

步骤1：确定雾天成像回波组成及其分布，所述雾天成像为雾天激光雷达接收到的光子；

步骤2：根据步骤1的雾天成像回波组成及其分布，得到Gm-APD激光雷达的后向散射分布模型；

步骤3：基于衰减系数计算公式或能见度经验公式，对步骤2得到的后向散射分布模型中的衰减系数μ进行测量计算；

步骤4：将计算得到的衰减系数μ代入步骤2的后向散射分布模型中，并将代入衰减系数μ的后向散射分布模型进行极大似然估计，得到碰撞次数k的估计值；

步骤5：通过碰撞次数k的估计值得到后向散射光子分布N_B(bin)，对后向散射光子分布N_B(bin)和回波光子分布N(bin)按最大值进行归一化，将两者的归一化结果相减，结果取大于零的部分，选定目标回波信号，采用目标回波光子的分布表达式对目标回波信号进行拟合从而得到目标距离值R；

步骤6：对所有像元进行遍历计算，最终得到抑制雾的后向散射后的重构三维距离像R_xy。

2.根据权利要求1所述一种基于单量估计的Gm-APD激光雷达透雾成像重构方法，其特征在于，所述步骤1中光子包括：目标回波光子、后向散射光子和环境背景光子，所述目标回波光子的分布与发射激光脉冲波形和目标距离有关，所述目标回波光子的分布表达式为：

τ为激光脉宽，N_i为经过传输衰减后的光子数，R为目标距离，c为光速，t为光子传播时间；

环境背景光子N_n(t)在时间上的分布均匀不变，表示为：

N_n(t)≡a (2)

a为常数。

3.根据权利要求2所述一种基于单量估计的Gm-APD激光雷达透雾成像重构方法，其特征在于，对所述光子在雾中的传播时间中进行分析，

在ts时刻，光子传播距离为x，光子数为N；

发生一次碰撞后，在ts+dt时刻，光子传播距离为x+dx，光子数为N-dN；

若衰减系数为μm^-1，光子传播速度为v m/s,则表示为，

-dN＝μNdx＝μNvdt (3)

根据公式(3)，N₀为初始光子数，则光子随时间的衰减关系为：

N＝N₀exp(-μvt) (4)

根据公式(3)和(4)，则光子传播时间分布概率密度p(t)为：

总传播时间k为碰撞次数；

设μ_t＝μv，则总传播时间分布为，

Γ(k)为Gamma函数。

4.根据权利要求3所述一种基于单量估计的Gm-APD激光雷达透雾成像重构方法，其特征在于，所述步骤2的后向散射分布模型在时间维度上是离散的，且以bin为时间单位进行划分，若每个bin分为t_bns，则光子在雾中传播，其速度等于光速，公式为：

μ_tt＝μ×3×10⁸m/s·t_b·10^-9s·bin＝0.3μt_b·bin (7)

则对于Gm-APD激光雷达，其后向散射随时间bin的分布为，

5.根据权利要求1所述一种基于单量估计的Gm-APD激光雷达透雾成像重构方法，其特征在于，所述步骤3中，当雾浓度可控时，则测量激光穿越雾前的功率P₀与穿越之后的功率P_t，为：

z为雾区长度。