發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 15:33

　　 隨著科技信息的不斷進(jìn)步,自動(dòng)駕駛倍受人們青睞,一躍居身于熱門的研究領(lǐng)域之列。在自動(dòng)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(shí)現(xiàn)高級(jí)智能行為的重要前提和基礎(chǔ)。車載激光雷達(dá)作為自動(dòng)駕駛車輛中實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)的核心器件,對(duì)目標(biāo)距離的精確測(cè)量是其感知判斷行駛環(huán)境的重要信息。有效的測(cè)距方法及精度在很大程度上決定了整個(gè)車載激光雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)距性能。在測(cè)距過程中,激光雷達(dá)接收回波信號(hào)中通常伴隨有多種噪聲,這些噪聲的存在導(dǎo)致回波信號(hào)的信噪比很低,嚴(yán)重影響系統(tǒng)的測(cè)距性能。在以往的研究中,多是通過對(duì)系統(tǒng)硬件電路的改善來提高測(cè)距精度,但取得的改善效果有限。近年來,小波變換在信號(hào)去噪處理方面的研究迅速發(fā)展起來,特別是對(duì)于非平穩(wěn)含噪信號(hào)方面,具有非常明顯的效果。本論文首先確定了具體的測(cè)距方法,在此基礎(chǔ)上主要從信號(hào)信噪比的方面考慮,通過利用小波變換算法去除回波信號(hào)中的噪聲成分,提取出有效回波,達(dá)到提高測(cè)距性能的最終目的。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)首先確定了車載激光雷達(dá)的具體測(cè)距方法,在此種測(cè)距方法中分析了影響測(cè)距探測(cè)系統(tǒng)性能的噪聲特性,給出了發(fā)射激光信號(hào)與接收回波的理論模型。針對(duì)系統(tǒng)回波噪聲特性并結(jié)合傳統(tǒng)小波去噪理論,提出一種自適應(yīng)的小波去噪方法:在對(duì)小波分解層數(shù)的確定時(shí)改進(jìn)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(guān)程度來確定最終的分解層數(shù)。仿真結(jié)果顯示,本文提出的自適應(yīng)去噪法相比于已有文獻(xiàn)提出的去噪方法不僅進(jìn)一步地提高了信噪比,同時(shí)對(duì)回波信號(hào)波形的恢復(fù)效果更好。通過對(duì)測(cè)距精度的仿真分析,結(jié)果也表明去噪后的精度得到了很大的提高。(2)對(duì)于激光雷達(dá)回波信號(hào)更為微弱的情況下,根據(jù)激光雷達(dá)回波中的噪聲和有用信號(hào)的特點(diǎn),提出采用脈沖累積的方法對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理。仿真結(jié)果表明符合理論原理。考慮到累積次數(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(yīng)閾值去噪相結(jié)合的方案。最后對(duì)該方案進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,給出了輸出信號(hào)的信噪比和均方根誤差隨輸入信噪比的變化曲線。結(jié)果顯示,該方案具有良好的去噪效果,對(duì)測(cè)距精度具有更好的改善效果。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P225.2;TN958.98
【部分圖文】：

圖２－２直接探測(cè)原理結(jié)構(gòu)圖??光雷達(dá)測(cè)距方式??光測(cè)距的原理來劃分，有飛行時(shí)間與非飛行時(shí)間兩大類測(cè)距方式［２５］。??行時(shí)間測(cè)距指的是利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)或者光子計(jì)數(shù)來獲取待測(cè)物體的距離信??括三角測(cè)距、干涉測(cè)距以及光子計(jì)數(shù)測(cè)距等。對(duì)于飛行時(shí)間測(cè)距而言，??激光的狀態(tài)，又主要分為脈沖激光測(cè)距和相位激光測(cè)距兩種。這兩種也??常用的激光測(cè)距方式。??位式激光測(cè)距??相位激光測(cè)距是將被調(diào)制后的連續(xù)模擬激光信號(hào)發(fā)送出去，經(jīng)由目標(biāo)物??后，進(jìn)入接收模塊，通過計(jì)算處理可得發(fā)射光束信號(hào)與接收光束之間的相??將測(cè)得的相位差通過處理轉(zhuǎn)化為待測(cè)距離信息［２６］。一般說來，在測(cè)距的??位激光測(cè)距較脈沖激光測(cè)距有一定的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)，其系統(tǒng)的復(fù)雜度也??，相位激光測(cè)距技術(shù)普遍被應(yīng)用在精密儀器測(cè)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(hào)模型如圖３－１所示。??ｉｆＴＴＴＪｌ??０?１００?２００?３００?４００?５００?６００?７００?８００?９００?１０００??采樣點(diǎn)??圖３－１理想發(fā)射脈沖信號(hào)模型??３．１．２激光脈沖回波信號(hào)模型??通常，激光雷達(dá)回波經(jīng)過接收探測(cè)系統(tǒng)后會(huì)受到系統(tǒng)噪聲的影響，包括探測(cè)器??的噪聲和放大電路噪聲等。通過在第二章中對(duì)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(shí)際中，接收端的回波信號(hào)是包含噪聲的，在仿真中，將回波信號(hào)認(rèn)為是理??想髙斯脈沖信號(hào)與高斯白噪聲的疊加，具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式（３－２）：??１９??

ｆ（ｔ）?＝?ｓ（ｔ）?＋?ｎ（ｔ）?（３－２）??圖３－２為含噪激光雷達(dá)回波信號(hào)模型框圖，在ＭＡＴＬＡＢ中仿真得到接收回波??信號(hào)模型如圖３－３所示。????噪聲??ｎ（ｔ）??理想激光發(fā)射信號(hào)｜?｜含噪激光回波信號(hào)??ｓ（〇?＾?ｍ??圖３－２帶有噪聲的激光雷達(dá)信號(hào)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(diǎn)??圖３－３接收回波信號(hào)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(yùn)用最為廣泛的一種信號(hào)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(guān)性的特點(diǎn)，這一特性使得噪??聲能量分布在整個(gè)小波域而信號(hào)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(hào)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(hào)系數(shù)。??小波閾值算法由于具有去噪效果理想、計(jì)算量小等特點(diǎn)而得到了深入研宄。小??波閾值處理數(shù)學(xué)計(jì)算量小、計(jì)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(hào)的最佳估計(jì)，因而廣泛應(yīng)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(duì)含有噪聲的信號(hào)進(jìn)行多尺度的小波分解；選擇合適的閾值與閾值函數(shù)并??對(duì)分解后獲得的小波系數(shù)量化操作處理；重構(gòu)由閾值處理過后的系數(shù)以獲取去噪??２０??
【參考文獻(xiàn)】

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3 朱金龍;基于小波變換的激光雷達(dá)回波信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2017年

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本文編號(hào)：2893221