一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法技术

本发明专利技术提出了一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，属于激光数据处理技术领域。首先，以含噪激光回波信号为观测信号、发射激光脉冲信号为参考信号分别进行连续小波变换获得小波时频谱；第二，以后者为模板、前者为目标图像进行图像匹配，找到配准时间位置；第三，对两路信号进一步同步压缩变换，根据配准时间位置对参考信号同步压缩时频谱位置调整，确定此刻脊线包络；第四，对观测信号同步压缩时频谱按脊线包络范围进行提取，以此作为观测信号有效成分的时频范围，对此进行信号重构，即为激光雷达回波信号去噪结果。本发明专利技术可高质量提取出回波脉冲信号，提高激光雷达探测距离与测距精度。

A method of de-noising of laser radar echo signal based on synchronous compression transform

The invention provides a laser radar echo signal de-noising method based on synchronous compression transformation, which belongs to the field of laser data processing technology. First of all, in the noisy laser echo signal for the observation signal, the laser reference signals respectively by continuous wavelet transform wavelet time-frequency spectrum of pulse signal; second, the latter is the template, the former is the target image, image registration, find the time position; third, the two signals for further synchrosqueezing transformation, adjusted according to the spectrum position of registration the position of the reference signal synchronization time compression, determine the moment ridge envelope; fourth, synchronous compression of the observed signal spectrum by ridge envelope extraction, as time frequency range of observation signal effective components, the signal reconstruction, namely denoising results of laser radar echo signal. The invention can extract the echo pulse signal with high quality, and improve the detection distance and the distance precision of the laser radar.

【技术实现步骤摘要】
一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法
本专利技术涉及一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，属于激光数据处理

技术介绍
激光雷达(LightDetectionAndRanging,LIDAR)是一种主动式光电探测技术，是在传统微波雷达(RadioDetectionAndRanging,RADAR)发展起来，相比RADAR具有更高分辨率、更强抗电子干扰及反隐身能力、更丰富测图信息等优势，在世界范围内得到了广泛的研究及应用。在实际操作中，激光雷达脉冲信号在传播过程中会受到各类噪声的污染，包括大气湍流、大气衰减、目标散斑、背景光噪声、放大器噪声、暗电流噪声等，这不仅限制了激光雷达探测距离，也降低了最终测距或成像的精度。因此，研究和设计高效的激光回波去噪算法变得至关重要。目前应用于激光雷达回波信号去噪处理的方法有经验模态分解(EMD),小波去噪，卡尔曼滤波等方法。相比之下，小波去噪方法具有良好的时频局部化特征，即可获得良好的整体去噪效果的同时却不丢失局部细节信息，实现了多尺度、多层次的去噪效果。因此，小波去噪及衍生的优化算法成为激光雷达回波信号去噪的主流算法。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以含噪激光回波信号为观测信号、以发射激光脉冲信号为参考信号，对两路信号分别连续小波变换，得到相应的小波时频谱；(2)以参考信号时频谱为模板，以观测信号时频谱为目标图像，对两幅图像进行图像匹配，找到前者在后者中的对应点即为配准位置；(3)以两路信号的小波时频谱为基础，进一步进行同步压缩变换，获得两路信号的同步压缩时频谱，对参考信号的同步压缩时频谱按配准位置进行移位调整，得到参考信号配准后的同步压缩时频谱；(4)在配准后参考信号同步压缩时频谱脊线包络范围内提取观测信号的局部同步压缩谱，以此作为观测信号有效成分的时频范围...

【技术特征摘要】
1.一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以含噪激光回波信号为观测信号、以发射激光脉冲信号为参考信号，对两路信号分别连续小波变换，得到相应的小波时频谱；(2)以参考信号时频谱为模板，以观测信号时频谱为目标图像，对两幅图像进行图像匹配，找到前者在后者中的对应点即为配准位置；(3)以两路信号的小波时频谱为基础，进一步进行同步压缩变换，获得两路信号的同步压缩时频谱，对参考信号的同步压缩时频谱按配准位置进行移位调整，得到参考信号配准后的同步压缩时频谱；(4)在配准后参考信号同步压缩时频谱脊线包络范围内提取观测信号的局部同步压缩谱，以此作为观测信号有效成分的时频范围，对此进行信号重构，即为激光雷达回波信号去噪结果。2.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于：步骤(1)中，所述参考信号为激光雷达系统发射端记录下来的脉冲信号，其时间分布函数近高斯形式：其中k1为信号初始幅值，t1为初始时间位置，σ为脉冲半宽；所述观测信号为激光雷达系统接收端记录下来的回波信号，表示为f(t)＝k2p(t-t2)+N(t)，其中k2为幅值变化系数，t2为回波时间位置，N(t)为噪声；对参考信号与观测信号分别连续小波变换如下：和其中Wr(a,b)和Wo(a,b)为参考信号和观测信号的小波系数谱，ψ(t)为母小波函数，由其伸缩和平移即得到一系列小波基函数a为尺度因子，b为时间平移因子。3.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于：步骤(2)的具体过程如下：以Wo(a,b)谱为目标图像，以Wr(a,b)谱为模板进行图像匹配，采用互相关方法找出配准位置，所述互相关方法首先计算归一化互相关系数为：其中为模板图像的平均值，为模板图像移动到(u,v)处Wo(a,b)在该区域内的均值，u为模板图像的横向滑动步长，v为模板图像的纵向滑动步长；最后计算最大值的位置坐标即为匹配位置。4.根据权利要求1所述的一种基于同步压缩变换的激光雷达回波信号去噪方法，其特征在于：步骤(3)所述以两路信号的小波时频谱为基础，进一步进行同步压缩变换，获得两路...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐帆，朱岱寅，张小飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32