最佳参数估计在激光雷达信号处理中的应用

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摘要在深入资料调研的基础上，本文给出了激光雷达的发展和主要的应用方向；介绍了激光雷达技术、激光雷达测距技术和激光雷达测距精度的国内外研究现状；简要介绍了脉冲激光器测距技术与脉冲激光测距原理；详细地介绍了最小二乘法、维纳滤波、卡尔曼滤波这三类常见的最佳参数估计方法，进而讨论了这三类常见的最优估计方法的优缺点以及适用条件。根据激光雷达测距原理可知，对于距离的测量可以转化为对时间 t 的估计，因此就可将最佳参数估计同激光雷达测距相联系起来了。最后给出了激光雷达测距的峰值估计模型，同时讨论了脉冲宽度、幅值和偏置三者对于激光测距精度的影响。 60448

毕业论文关键词最佳参数估计激光雷达测距激光雷达测距精度 Title Optimal parameter estimation in laser radar signal processing applications

Abstract This paper introduce the 3 following aspects: The first of it is the laser radar development and direction of its main application. The second is the current situation of today’s research on laser radar technology, laser radar ranging techniques, laser radar range accuracy all around the world. The third is to introduce the Least Squares, the Wiener filter and the Kalman filter, listing not where they could be used but their advantage and disadvantage. Based on the principles of laser radar range, we can transform the measurement about distance into the time valuation. So that makes us could combine Optimal Estimation Theory with laser radar ranging through time. Then, I present the peak laser radar range estimation model. Finally , pulse width, amplitude and bias, the three aspects which influence the laser radar range accuracy, to be discussed.

Keywords Optimal parameter estimation theory range laser radar laser radar range accuracy

1 绪论 1

1.1 激光雷达的发展与主要应用 1

1.2 最优估计理论的主要分类 3

1.3 本文研究主要工作 3

2 脉冲激光测距技术 4

2.1 半导体激光器 4

2.2 脉冲激光测距原理 5

3 常见的最佳参数估计方法 6

3.1 最小二乘法 6

3.2 Wiener 滤波器 7

3.3 Kalman 滤波10

3.4 激光雷达测距的峰值估计模型11

4 激光雷达测距峰值估计 13

4.1 峰值估计仿真模型 13

4.2 泊松噪声条件下激光雷达测距回波信号距离统计特性 14

4.3 泊松分布激光雷达测距峰值估计精度下线的克拉美罗估计22

总结 24

致谢 25

参考文献 26

1 绪论 1．1 激光雷达的发展与主要应用激光雷达这个词想要表达的意思是用无线电波的这一方式对锁定目标进行定位并且进而做出探测，其起源于英文词组Laser Detection and Ranging，是这个词组开头的缩写LADAR。雷达检测的目的是发现目标，而测量目标的参数则是属于雷达参数的提取及估算。以上二者共同构成了雷达的两个基本任务。雷达的分类繁多，同时用途也是不尽相同。大致上按照信号的基本形式可以分为连续波和脉冲雷达。按照波长的长度可分别被分类为毫米波，微米波，米波和短波雷达。激光雷达是在光电辐射探测和电磁雷达的基础上发展起来的。前者奠定了激光雷达发展和接收技术的基础，后者则奠定了激光雷达整机技术的基础。激光雷达的成功和发展得益于科学史上两个划时代的事件