【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光测距，特别涉及一种脉冲激光测距精度补偿方法、系统、计算机及存储介质。
技术介绍
1、激光测距有三角法、干涉法和飞行时间三种方式，飞行时间法因辅助设备少、无工作时段限制被广泛应用在航空、航天等军事领域。飞行时间测量方式可分为相位测距和脉冲测距2种方法。脉冲激光测距技术因脉冲宽度窄、峰值功率大等特点被广泛应用于非合作目标的探测，其基本原理是采用峰值功率高的极窄脉冲对空间中的非合作目标进行照射，采集目标反射或散射的信号回波与发射信号之间的时间差，利用tof计算目标的距离。
2、首先，脉冲测距的优点是作用距离远，结构简单，功耗低，但测距精度稍差。其中影响测距精度的因素包括：随机游走误差和系统误差。
3、随机游走误差一般服从高斯分布，包含时间间隔测量误差、波形异常误差、比较器上升沿抖动、时刻鉴别抖动等误差。时间间隔测量主要依靠同步计数器来实现，目前计时芯片的精度可达到10ps，引入的距离误差为1.5mm，在远距离测量中可忽略不计；波形异常误差受不规则目标、脉冲峰值抖动、外部干扰等因素影响，无法进行准确校正；比较器上升沿抖动受电源纹波、阻抗不匹配等因素影响，可通过lvpecl和lvttl电路实现20ps的精度，引入的距离误差为3mm，可忽略不计；时刻鉴别误差受噪声叠加影响，可产生ns级别的误差，恒比定时法能一定程度抑制由激光脉冲回波幅度起伏而引起的定时误差。但恒比定时法对于脉冲脉宽的变化敏感，且其实现电路极其复杂。
4、系统误差包含硬件固定延时、时钟漂移误差、回波光功率漂移等误差。固定延
5、从光电探测器的机理分析，固定位置处的目标，随着非合作目标由外及内进入探测视场，光电探测器芯片的光生载流子增大、溢出、泄放三个过程，对应前放电路的线性放大区、临近饱和、浅饱和与深度饱和4个状态；回波信号的波形为幅值增大脉宽展宽、幅值不变脉宽后沿展宽、幅值不变前后沿展宽三种动态变化。该变化导致鉴别时刻的游走漂移误差。
6、目前解决因回波光强变化引起的回波信号前后沿游走误差的方法有恒比定时、双阈值、全采样等方式。其中恒比定时法实现电路复杂，受脉宽的波动影响大；双阈值补偿中高低阈值的自适应是个难点；全采样可对波形信息进行全面处理，但高速adc采样电路复杂成本较高，适用于高精度远距目标探测。
7、其次，在测距过程中，受波形抖动和时钟漂移误差的影响，测量数据会产生异常波动，导致测量数据出现奇异值或无数据输出，目前工程上大多采用阈值检测的方式提出异常值，但阈值的设定不灵活，难以适应多种测距模式。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题为：提供一种脉冲激光测距精度补偿方法、系统、计算机及存储介质，能够对测距机获取的回波信号的脉宽和相对前移量进行更加精确的异常值修正，解决由回波光强变化引起的回波信号前后沿游走误差的难题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术设计了基于bi-lstm深度学习网络的多层约束信息脉宽异常检测器，该检测器能够结合光电传感器的原始数据层和特征层信息，对测距机获取的回波信号的脉宽和相对前移量进行更加精确的异常值修正，同时提出了一种基于1d-cnn的脉宽补偿方法。该方法既能够表征脉宽形式的回波强度，同时能抑制前沿游走误差，实现自适应精度补偿功能，提高测距精度。
3、本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种脉冲激光测距精度补偿方法，包括以下步骤：
4、s1：搭建激光测距测试环境，并在测试环境中采集测试数据；
5、s2：利用深度神经网络构建脉宽异常检测器，将测试数据输入异常检测器，得到异常检测结果；
6、s3：剔除异常数据，并利用拟合补偿法对测试数据的脉宽进行补偿；
7、s4：通过定标的方式，对系统误差进行补偿。
8、进一步的，在s4步骤之后，还包括以下步骤：
9、s5：随机选取一个测距点，验证脉宽补偿和精度校正可行性。
10、进一步的，在s1步骤之中，包括以下子步骤：
11、s11：将目标靶板置于预设距离点，调整俯仰台，使得测距机的探测视场高于所述目标靶板；
12、s12：采用pd探测器采集由er玻璃激光器光发射时刻作为start信号，并通过tdc电路后记录，上升时刻为stt1，下降时刻为stt2；
13、s13：调整俯仰台，使得测距机的探测视场下移，直至所述探测视场完全扫过目标靶板，将apd探测器采集到的回波信号作为stop信号，通过tdc电路后记录，上升时刻为stp1i，下降时刻为stp2i。
14、进一步的，在s2步骤中，包括以下子步骤：
15、s21：构建bi-lstm神经网络脉宽异常检测器，其前向传播为：
16、
17、其中，ik、fk和ok分别表示，输入、遗忘和输出单元；xk是bi-lstm在k时刻的输入向量；hk表示隐藏状态向量；σ表示sigmoid激活函数，tanh表示tanh激活函数；表示候选向量，与输出向量结合作为k时刻的记忆状态；ck表示当前的细胞状态；wi、wf、wo和wc分别表示输入门、遗忘门、输出门和细胞状态的权重矩阵；bi、bf、bo和bc分别表示输入门、遗忘门、输出门和细胞状态的偏置项；
18、s22：所述bi-lstm神经网络脉宽异常检测器的后向传播采用均方误差函数作为损失函数，具体可表示为：
19、
20、其中，loss表示mse损失函数；n表示样本数量；xi表示第i个样本的真实值；yi表示检测器对第i个样本的预测值。
21、进一步的，在s2步骤中，还包括以下子步骤：
22、s23：根据测试数据，对所述bi-lstm神经网络脉宽异常检测器的输入向量建模，包括：
23、参考回波脉宽值：bwpd＝stt2-stt1；
24、信号回波脉宽值：bwapdi＝stp2i-stp1i；
25、前沿位置变化量：
26、脉宽方差：
27、前沿位置变化量方差：
28、直接距离值：rapdi＝(stp1i-stt1)*1000/150；
29、直接距离的四分位距：
30、其中，bwapd(j)表示第j个信号回波的脉宽值；ttapdi表示第i个信号回波前沿偏移量；i和j为序列号，代表不同光功率下的采样数；表示直接距离值的第一四分位数；代表直接距离值的第三个四分位数；
31、s24：所述bi-lstm神经网络脉宽异常检测器根据输入向量，输出异常检测结果。
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【技术保护点】
1.一种脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在S4步骤之后，还包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在S1步骤之中，包括以下子步骤：
4.如权利要求3所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在S2步骤中，包括以下子步骤：
5.如权利要求4所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在S2步骤中，还包括以下子步骤：
6.如权利要求5所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在S3步骤中，包括以下子步骤：
7.如权利要求1所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，S4步骤之中，所述对系统误差进行补偿，具体包括以下公式：
8.一种脉冲激光测距精度补偿系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机装置，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述的精度补偿方法。
10.
...【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在s4步骤之后，还包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在s1步骤之中，包括以下子步骤：
4.如权利要求3所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在s2步骤中，包括以下子步骤：
5.如权利要求4所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在s2步骤中，还包括以下子步骤：
6.如权利要求5所述的脉冲激光测距精度补偿方法，其特征在于，在s3...
【专利技术属性】
技术研发人员：亓林，高传顺，伍明娟，林珑君，曹飞，吴海游，朱斌，古自福，曹艳丽，张庆炜，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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