[发明专利]精确选择测距周期的脉冲式激光雷达跨周期测距方法

说明书

本发明涉及精确选择测距周期的脉冲式激光雷达跨周期测距方法，包括：调制激光脉冲发射时间，利用激光雷达发射信号，得到一组对应不同测距周期的测距值序列的回波信号；构建差分序列，得到测距差值序列；计算测距差值序列的均值、标准差，剔除与均值偏差大的异常值；计算剔除异常值的测距差值序列的噪声能量，选出噪声能量最小的信号周期作为测距周期，计算距离值；计算选出的测距周期的置信度，与阈值比较，判断选出的测距周期是否可靠。本发明针对激光雷达扫描测距时地形突变等导致脉冲时间调制功能失效的问题，采用去噪算法提高了跨周期测距中测距周期选择的准确性和稳定性。

技术领域

本发明属于激光雷达测距领域，具体涉及一种精确选择测距周期的脉冲式激光雷达跨周期测距方法。

背景技术

当前激光雷达的跨周期测量主要采用调制激光脉冲发射时间来实现，通过调制激光脉冲发射时间，使连续两个发射信号的时间差不等。基于地形连续变化的假设，在短时间内，获取的一组回波测距值近似相等，因此属于正确周期的一组回波的测距值不受发射脉冲时间调制的影响，而属于错误周期的一组测距值则受发射脉冲时间调制的影响，呈现出波动的特点。通过计算各周期下的测距值，分析测距值波动特点来确定该组回波所属的正确周期。

当前测距值序列波动分析主要有序列能量法、自相关分析法、互相关分析法和频率域分析法。能量法通过计算测距值序列的方差，选取方差最小的周期作为正确周期；自相关分析法通过分析测距值序列的自相关性，选取自相关性最强的周期作为正确周期；互相关分析法通过分析测距值序列和调制信号的互相关性，选取互相关性最小的周期作为正确周期；频率分析法通过分析测距值序列的频率，选取高频信号最少的周期作为正确周期。

发明内容

脉冲式激光雷达通过测量回波信号和对应发射信号的时间差Δt进行距离测量。设距离为R，则其中c为光速。设激光发射频率为PRR Hz，则能测量的最大无模糊距离PRR^-1为连续两个发射信号的时间差，即一个周期的时间。如附图1所示的脉冲信号，S_m表示在T_m时刻的发射脉冲，E_n表示在T_n时刻的回波脉冲，脉冲信号的发射周期固定，即τ＝PRR^-1。以T_n时刻的回波E_n为例，测距为r。0＜r＜R_u时，回波E_n属于第1周期，对应的发射脉冲为S_m，当R_u＜r＜2R_u时，回波E_n属于第2周期，对应的发射脉冲为S_m-1，当2R_u＜r＜3R_u时，回波E_n属于第3周期，对应的发射脉冲为S_m-2，当3R_u＜r＜4R_u时，回波E_n属于第4周期，对应的发射脉冲为S_m-3，对于无跨周期解算能力的激光扫描仪，只能正确解算属于第1周期的测距值，当目标距离超过R_u时，将无法确定回波信号对应的发射信号时间，也无法解算准确距离。

脉冲式激光雷达的测距序列分析方法具有两个假设条件：第一个假设为一组回波序列均来自表面连续变化目标的反射，如平坦的地形、无植被覆盖的山坡等，而激光扫描仪的实际作业场景中有大量地形表面突变的场景，如有大量建筑物的居民区及植被覆盖区等；地形的突变会在一定程度上引入噪声，如附图2所示，使其抵消掉信号调制的作用，当测距值序列中测距波动大于脉冲信号时间调制对应的最大测距时，将无法准确确定正确的周期；第二个假设是一组回波序列均属于同一周期，对于一组包含相邻两个周期的回波序列，如附图3所示，无论将该序列归于哪个周期，都存在回波序列中有一部分回波的测距周期被错误确定的情况，测距序列分析方法将失效。