单脉冲波形识别提取方法.pdf

本发明提出的一种单脉冲波形识别提取方法，旨在提供一种能够明显提高信号信噪比和测程，实时性好的单脉冲波形识别方法。本发明提供下述技术方案予以实现：首先脉冲测距系统根据激光脉冲的回波的宽度确定采样率，信号处理模块将采样数据采集并存储下来，其次处理模块对存储下来的数据进行波形的宽度识别，再对回波信号数据进行延时处理，处理模块将延时后的回波数据与延时前的数据进行相乘运算，最后处理模块再根据运算后的回波数据进行距离计算。本发明采用单脉冲波形识别提取方法处理后的波形接近多脉冲互相关的效果，信噪比明显提高，同时又解决了多脉冲互相关的实时性差的缺点。

1.  一种单脉冲波形识别提取方法，其特征在于包括如下步骤：在脉冲激光测距系统中使用数据采集处理模块时，首先根据激光测距机接收激光脉冲的回波的宽度确定采样率，信号处理模块将回波数据采集并存储下来，其次处理模块对存储下来的采样数据进行波形的宽度识别，再对回波信号采样数据进行延时处理，延时后的回波采样数据与延时前的采样数据进行相乘运算，最后将运算后的回波数据进行距离计算。

2.  如权利要求1所述的单脉冲波形识别方法，其特征在于：延时的长度根据实验信号宽度决定，延时的长度取回波宽度的1/4～1/3。

单脉冲波形识别提取方法
技术领域
本发明是关于应用于激光脉冲测距中的单脉冲波形识别提取方法。
背景技术
脉冲激光测距中目前常用的信号处理方法有：直接阈值检测法，单脉冲相关检测法，多脉冲互相关处理法。
1.直接阈值检测法是通过激光测距机在直接探测基础上往往采取直接阈值检测方法来提取目标回波。激光测距机经典信号检测一直采用模拟电路来完成，主要利用分离元件和小规模集成电路对回波进行放大、滤波、阈值触发、整形和计数。这种方法适用于强光信号(信噪比大于5的情况)。阈值检测法只能在强光信号或信噪比非常强的情况下使用，多脉冲互相关的实时性差，单纯的单脉冲相关要求采样率高，数据量大，实时困难等。
2.单脉冲相关检测法是利用信号有良好的时间相关性和噪声的时间不相关性(或仅在短时间内部分相关)，对信号进行积累而对噪声不积累，把深埋于噪声中的信号提取出来的方法，这种方法需要对信号进行高速率A/D转换，测距越远，采集时间越长，信号处理单元数据吞吐量越大，实时处理也越困难。因此该方法适用于短距离、高精度测距。
3.多脉冲互相关处理法：这种方法常用作三脉冲互相关处理，信号取样积累次数越多，信号再现和信噪比改善效果越佳，但积累次数要受到激光发射机性能和被测目标相对运动速度的限制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术阈值检测法存在的不足之处，提供一种能够明显提高信号信噪比和测距机测程，实时性好的单脉冲波形识别提取方法。
本发明实现上述目的的解决方案是，一种单脉冲波形识别提取方法，其特征在于包括如下步骤：在脉冲激光测距系统中使用数据采集处理模块时，首先根据激光测距机接收激光脉冲的回波的宽度确定采样率，信号处理模块将回波数据采集并存储下来，信号处理模块对存储下来的采样数据进行波形的宽度识别，再对回波信号采样数据进行延时处理，延时后的回波采样数据与延时前的采样数据进行相乘运算，最后将运算后的回波数据进行距离计算。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明根据单脉冲测距回波信号脉宽比噪声宽度稍宽的特点和实际的回波信号的情况设置采样率，将采集到的数据首先进行宽度识别，再对信号采样数据进行延时，将延时后的采样数 据与原回波采样数据进行相乘运算。采用单脉冲波形识别提取方法处理后的波形接近多脉冲互相关的效果，信噪比明显提高，同时又解决了多脉冲的实时性差的缺点，该算法还加入了波形宽度的识别处理，该处理方法使经过算法处理后的数据量与单纯的单脉冲相关的数据量相比较大大的减少，与直接阈值检测法相比，信号的信噪比也有明显的提高。激光脉冲测距机在使用本发明的算法以后，信号的信噪比明显提高，测距机的测程也有一定的提高。
大量的实验数据表明，当回波信号的幅值接近噪声幅值或比噪声幅值仅仅高出不超过百分之十的时候，此时直接进行计算，会非常困难，而对信号的采样数据利用本发明的算法处理后，信号幅值明显提高，经处理后的信号幅值是噪声幅值的2～3倍，此时再对处理后的数据进行距离值的计算会容易得多。
附图说明
图1是本发明单脉冲波形识别提取方法第一组实验采集数据波形图与处理后的数据波形图。图1(左)为采集的原始信号数据波形图，图1(右)为原始信号数据使用本发明方法处理后的数据波形图。
图2是本发明单脉冲波形识别提取方法第二组实验采集数据波形图与处理后的数据波形图。图2(上)为采集的原始信号数据波形图，图2(下)为原始信号数据使用本发明方法处理后的数据波形图。
具体实施方式
根据本发明，首先根据激光脉冲的回波的宽度确定采样率，信号处理模块将采样数据采集并存储下来，其次信号处理模块对存储下来的采样数据进行波形的宽度识别，经此操作数据量会减少很大一部分，然后信号处理模块再对回波采样数据进行延时处理，延时后的回波采样数据与延时前的回波采样数据进行相乘运算，此时可以根据信号的正负，适当的取舍一部分数据，若回波信号为负信号，可以将数据中的正数部分舍掉，反之亦然，通过对数据的取舍后，后续的计算量会再次减少一部分，更好地增加算法的实时性。最后将计算后的回波采样数据进行距离计算。延时的长度根据实验信号宽度确定，延时的长度一般取回波信号采样宽度的1/4～1/3。
本发明为增加信噪比，对原始信号采样数据使用了延时，回波的主峰位置因此会发生变化，由此造成测距机的距离值发生变化，从而导致测距系统使用本发明方法处理后产生一定的系统延时，在进行系统矫正时，应对本发明方法中的延时造成的系统误差加以矫正。
参阅图1、图2提供的几组实验采集数据波形图与处理后的数据波形图。从附图1、2中看出，如原始数据波形图所示，当脉冲测距机的回波信号的信噪比非常低时，信号处理 模块几乎无法提取回波脉冲，使用本发明方法处理后的波形数据信噪比明显提高，如处理后数据波形图所示，信号的幅值约为噪声幅值的2～3倍，在处理后的波形图中信号处理模块可以
非常轻松地提取回波脉冲，提取精度也得到大幅度提高，从而距离计算精度也随之提高。从附图1、2中看出，如原始数据波形图所示，当脉冲测距机的回波信号的信噪比非常低时，信号处理模块几乎无法提取回波脉冲，使用本发明方法处理后的波形数据信噪比明显提高，如处理后数据波形图所示，信号的幅值约为噪声幅值的2～3倍，在处理后的波形图中信号处理模块可以非常轻松地提取回波脉冲，提取精度也得到大幅度提高，从而距离计算精度也随之提高。