發(fā)布時間：2020-11-21 15:33

　　 隨著科技信息的不斷進步,自動駕駛倍受人們青睞,一躍居身于熱門的研究領域之列。在自動駕駛系統(tǒng)中,環(huán)境感知如同行駛車輛的視聽覺系統(tǒng),是實現(xiàn)高級智能行為的重要前提和基礎。車載激光雷達作為自動駕駛車輛中實現(xiàn)周圍環(huán)境監(jiān)測的核心器件,對目標距離的精確測量是其感知判斷行駛環(huán)境的重要信息。有效的測距方法及精度在很大程度上決定了整個車載激光雷達系統(tǒng)的測距性能。在測距過程中,激光雷達接收回波信號中通常伴隨有多種噪聲,這些噪聲的存在導致回波信號的信噪比很低,嚴重影響系統(tǒng)的測距性能。在以往的研究中,多是通過對系統(tǒng)硬件電路的改善來提高測距精度,但取得的改善效果有限。近年來,小波變換在信號去噪處理方面的研究迅速發(fā)展起來,特別是對于非平穩(wěn)含噪信號方面,具有非常明顯的效果。本論文首先確定了具體的測距方法,在此基礎上主要從信號信噪比的方面考慮,通過利用小波變換算法去除回波信號中的噪聲成分,提取出有效回波,達到提高測距性能的最終目的。主要研究內容如下:(1)首先確定了車載激光雷達的具體測距方法,在此種測距方法中分析了影響測距探測系統(tǒng)性能的噪聲特性,給出了發(fā)射激光信號與接收回波的理論模型。針對系統(tǒng)回波噪聲特性并結合傳統(tǒng)小波去噪理論,提出一種自適應的小波去噪方法:在對小波分解層數(shù)的確定時改進了傳統(tǒng)選擇固定分解層數(shù)值的方式,利用小波分解過程中相鄰層近似系數(shù)的相關程度來確定最終的分解層數(shù)。仿真結果顯示,本文提出的自適應去噪法相比于已有文獻提出的去噪方法不僅進一步地提高了信噪比,同時對回波信號波形的恢復效果更好。通過對測距精度的仿真分析,結果也表明去噪后的精度得到了很大的提高。(2)對于激光雷達回波信號更為微弱的情況下,根據(jù)激光雷達回波中的噪聲和有用信號的特點,提出采用脈沖累積的方法對回波信號進行處理。仿真結果表明符合理論原理�？紤]到累積次數(shù)不能太大以及能更好的去除噪聲,提出了采用脈沖累積與上文提出的自適應閾值去噪相結合的方案。最后對該方案進行了仿真驗證,給出了輸出信號的信噪比和均方根誤差隨輸入信噪比的變化曲線。結果顯示,該方案具有良好的去噪效果,對測距精度具有更好的改善效果。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P225.2;TN958.98
【部分圖文】：

圖２－２直接探測原理結構圖??光雷達測距方式??光測距的原理來劃分，有飛行時間與非飛行時間兩大類測距方式［２５］。??行時間測距指的是利用數(shù)學統(tǒng)計或者光子計數(shù)來獲取待測物體的距離信??括三角測距、干涉測距以及光子計數(shù)測距等。對于飛行時間測距而言，??激光的狀態(tài)，又主要分為脈沖激光測距和相位激光測距兩種。這兩種也??常用的激光測距方式。??位式激光測距??相位激光測距是將被調制后的連續(xù)模擬激光信號發(fā)送出去，經(jīng)由目標物??后，進入接收模塊，通過計算處理可得發(fā)射光束信號與接收光束之間的相??將測得的相位差通過處理轉化為待測距離信息［２６］。一般說來，在測距的??位激光測距較脈沖激光測距有一定的優(yōu)勢，但同時，其系統(tǒng)的復雜度也??，相位激光測距技術普遍被應用在精密儀器測量上［２７］。??＾???Ｉ??？??

Ｊ代表發(fā)射激光脈沖幅值，（Ｔ和／／分別表示的是其脈沖寬度與峰值位置。在??本文中，發(fā)射脈沖幅值歸一化后取值為１，脈沖寬度為３０ｍ。在ＭＡＴＬＡＢ中仿真??得到理想發(fā)射脈沖信號模型如圖３－１所示。??ｉｆＴＴＴＪｌ??０?１００?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?９００?１０００??采樣點??圖３－１理想發(fā)射脈沖信號模型??３．１．２激光脈沖回波信號模型??通常，激光雷達回波經(jīng)過接收探測系統(tǒng)后會受到系統(tǒng)噪聲的影響，包括探測器??的噪聲和放大電路噪聲等。通過在第二章中對接收系統(tǒng)噪聲特性的分析，在理論分??析中可以將噪聲等效為高斯白噪聲。??在實際中，接收端的回波信號是包含噪聲的，在仿真中，將回波信號認為是理??想髙斯脈沖信號與高斯白噪聲的疊加，具體的數(shù)學表達式為式（３－２）：??１９??

ｆ（ｔ）?＝?ｓ（ｔ）?＋?ｎ（ｔ）?（３－２）??圖３－２為含噪激光雷達回波信號模型框圖，在ＭＡＴＬＡＢ中仿真得到接收回波??信號模型如圖３－３所示。????噪聲??ｎ（ｔ）??理想激光發(fā)射信號｜?｜含噪激光回波信號??ｓ（〇?＾?ｍ??圖３－２帶有噪聲的激光雷達信號的模型框圖??！?［?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?Ｃ?：??＇０?１００?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?９００?１０００??采樣點??圖３－３接收回波信號模型??３．２小波閾值去噪的原理??３．２．１小波閾值去噪原理??小波閾值去噪［＃５１］是目前研宄和運用最為廣泛的一種信號去噪方法。小波閾??值法具有顯著優(yōu)于其他經(jīng)典方法的去噪效果這一特性已經(jīng)被Ｄｏｎｏｂｏ等人證明。其??理論依據(jù)是小波變換具有能夠很好地去除數(shù)據(jù)的相關性的特點，這一特性使得噪??聲能量分布在整個小波域而信號能量卻主要集中在極少量的小波系數(shù)中。而且在??小波分解之后得到的噪聲系數(shù)的幅值小于信號的系數(shù)幅值，因而可以采取閾值法??去掉噪聲系數(shù)并保留信號系數(shù)。??小波閾值算法由于具有去噪效果理想、計算量小等特點而得到了深入研宄。小??波閾值處理數(shù)學計算量小、計算速度快，更為重要的是經(jīng)過小波閾值處理后可以得??到原信號的最佳估計，因而廣泛應用于工程中。??小波閾值去噪的具體步驟為［５０］：選擇合適的小波函數(shù)與分解尺度，利用多分??辨分析對含有噪聲的信號進行多尺度的小波分解；選擇合適的閾值與閾值函數(shù)并??對分解后獲得的小波系數(shù)量化操作處理；重構由閾值處理過后的系數(shù)以獲取去噪??２０??
【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

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相關碩士學位論文 前6條

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本文編號：2893221