一种激光雷达的预测频谱积累方法与流程

本发明涉及激光雷达和信号处理，尤其涉及一种激光雷达的预测频谱积累方法。

背景技术：

1、频谱积累分为相参积累和非相参积累,都是信号处理技术，也都是提高信噪比的有效方法。对于激光雷达这种低信噪比环境下使用的设备，采用非相参积累的方式更加合适。非相参积累采用平均多次采样的信号，以提高信号的信噪比。在非相参积累中，每个采样的时间和幅度不一定相同，因此不需要考虑采样点之间的相位关系。在每个采样周期内，信号和噪声的幅值相加，并进行平均，以获得更好的信噪比。

2、激光雷达是以激光作为信息载波，以光电探测器为接收器件，以光学望远镜为发射与接收天线，通过信号处理与数据反演，实现对目标探测的雷达(radar)系统。但是，由于激光的反射信号十分微弱，往往淹没在噪声里，依然存在信噪比过低的问题。

3、为此，需要设计一种激光雷达的信号处理方法，以提高激光信号的信噪比，进而增强激光雷达的探测距离。

4、理论证明，脉冲积累是改善信噪比的有效方法，信噪比改善程度与积累次数n有关。对于相参积累，信噪比改善n倍；对于非相参积累，信噪比改善的倍数在倍和n倍之间。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种步骤操作便捷、过程简单、能够有效提高信号信噪比的激光雷达的预测频谱积累方法。

2、本发明所采用的技术方案是，本发明方法包括以下步骤：

3、a. 在当次频谱积累中，进行n个周期积累，将该n个周期内每个周期内的相同距离门的幅度相加,然后再除以n作为该距离门的频谱；

4、b. 将步骤a中当次频谱积累的结果，加入到下一次频谱积累的过程中，作为下一次频谱积累初始的预测值，下一次频谱积累同样进行n次频谱积累，进而在下一次频谱积累中获得2n次频谱积累；在此过程中，在进行下一次频谱积累时，对当次的频谱积累结果引入衰减因子µ，以将当次频谱积累中频谱较远的积累结果衰减掉，减少旧数据影响的加权因子，即遗忘因子，以提高有用信号的相关性；

5、c. 经过m次频谱积累，最终提高激光雷达的信噪比；

6、其中，n、m均为正整数，0<µ<1。

7、进一步地，所述步骤a的具体步骤如下：

8、（1）设第1次进行n周期的频谱积累：周期1中的距离门1,距离门2，…，距离门n的幅值分别为a111，a112，…，a11n；周期2中的距离门1,距离门2，…，距离门n的幅值分别为a121，a122，…，a12n；…；周期n中的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为a1n1，a1n2，…，a1nn；第一次积累后的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为a11，a12，…，a1n；则有

9、a11=(a111+a121+a131+…+a1n1)/n=(a1i1)/n；

10、a12=(a112+a122+a132+…+a1n2)/n=(a1i2)/n；

11、a13=(a113+a123+a133+…+a1n3)/n=(a1i3)/n；

12、…；

13、a1n=(a11n+a12n+a13n+…+a1nn)/n=(a1in)/n；

14、（2）设第2次进行n周期的频谱积累：周期1中的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为a211，a212，…，a21n；周期2中的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为a221，a222，…，a22n；…；周期n中的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为a2n1，a2n2，…，a2nn；第二次积累后的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为a21，a22，…，a2n；则有

15、a21=(a211+a221+a231+…+a2n1)/n=(a2i1)/n；

16、a22=(a212+a222+a232+…+a2n2)/n=(a2i2)/n；

17、a23=(a213+a223+a233+…+a2n3)/n=(a2i3)/n；

18、…；

19、a2n=(a21n+a22n+a23n+…+a2nn)/n=(a2in)/n；

20、（3）设第m次进行n周期的频谱积累：周期1中的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为am11，am12，…，am1n；周期2中的距离门1,距离门2，…，距离门n的幅值分别为am21，am22，…，am2n；…；周期n中的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为amn1，amn2，…，amnn；第m次积累后的距离门1，距离门2，…，距离门n的幅值分别为am1，am2，…，amn，则有

21、am1=(am11+am21+am31+…+amn1)/n=(ami1)/n；

22、am2=(am12+am22+am32+…+amn2)/n=(ami2)/n；

23、am3=(am13+am23+am33+…+amn3)/n=(ami3)/n；

24、…；

25、amn=(am1n+am2n+am3n+…+amnn)/n=(amin)/n；

26、（4）经过以上步骤的频谱积累运算，形成了以（a11，a12，a13，…，a1n）分别作为第一次积累的距离门1，距离门2，距离门3，…，距离门n的频谱幅值；(a21，a22，a23，…，a2n)分别作为第二次积累的距离门1，距离门2，距离门3，…，距离门n的频谱幅值；…；

27、(am1，am2，am3，…，amn)分别作为第m次积累的距离门1，距离2，距离3，…，距离门n的频谱幅值。

28、再进一步地，所述步骤b中，通过以下公式得到第m次的频谱积累结果：

29、am1=(µa(m-1)1+am11+am21+am31+…+amn1)/(n+1)=(µa(m-1)1+ami1)/(n+1)；

30、am2=(µa(m-1)2+am12+am22+am32+…+amn2)/(n+1)=(µa(m-1)2+ami2)/(n+1)；

31、am3=(µa(m-1)3+am13+am23+am33+…+amn3)/(n+1)=(µa(m-1)3+ami3)/(n+1)；

32、…；

33、amn=(µa(m-1)n+am1n+am2n+am3n+…+amnn)/(n+1)=(µa(m-1)n+amin)/(n+1)；

34、其中，µ为衰减因子，a(m-1)1、a(m-1)2、a(m-1)3、…、a(m-1)n分别为第m-1次积累后的距离门1、距离门2、…、距离门n的频谱幅值，n为当次积累的周期数。

35、更加具体地，所述衰减因子µ与激光雷达的重复频率有关,根据实验来确定其具体的值，当将与有用信号相关性小的有用信号衰减到足够小的值时为µ的取值。

36、本发明的有益效果是：本发明中，将当次频谱进行n周期的积累，利用有用信号的相关性，使有用信号功率在相同积累次数的情况下,提升的幅度大于噪声功率提升的幅度；再将当次频谱积累的结果(已进行n次积累)，加入到下一次频谱积累的过程中,即将当次频谱积累结果作为作为下一次频谱积累的预测值，同样地，下一次频谱也要积累n次，这样就实现了2n次频谱积累，有效地提高了信噪比，信噪比提高越多，进而使得激光雷达的作用距离也越远。