[發(fā)明專利]全波形激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)壓縮和解壓方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910278869.5
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN110146867A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳瑞強(qiáng);季仁東;張冬陽;卞海溢
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號: G01S7/487
• 分類號: G01S7/487
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種全波形激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)壓縮和解壓方法，包括原始波形數(shù)據(jù)通過壓縮形成波形壓縮數(shù)據(jù)的過程為原始波形數(shù)據(jù)根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率拆分形成原始數(shù)據(jù)層；原始數(shù)據(jù)層通過長度編碼方法獲得數(shù)據(jù)壓縮層；將數(shù)據(jù)壓縮層采用首尾相連的方式構(gòu)成波形壓縮數(shù)據(jù)；波形壓縮數(shù)據(jù)通過解壓形成原始波形數(shù)據(jù)的過程為波形壓縮數(shù)據(jù)通過長度編碼方法以恢復(fù)得到壓縮數(shù)據(jù)層；壓縮數(shù)據(jù)層根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率組合為原始波形數(shù)據(jù)。該方法通過累加計數(shù)取得較高的數(shù)據(jù)壓縮比；同時使用分層處理策略和長度編碼方法，實現(xiàn)了波形數(shù)據(jù)的無損壓縮和解壓。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種全波形激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)壓縮和解壓方法。

背景技術(shù)

全波形激光雷達(dá)(Waveform-Digitizing LiDAR)將發(fā)射脈沖信號和回波脈沖信號均以很小的采樣間隔進(jìn)行采樣并記錄，用戶根據(jù)實際應(yīng)用需求，對記錄的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，相比傳統(tǒng)激光雷達(dá)，可以得到更豐富的激光回波次數(shù)和目標(biāo)特征信息。

假設(shè)全波形激光雷達(dá)僅記錄目標(biāo)回波波形，則每秒鐘需要記錄的數(shù)據(jù)量D為：

D＝2R_maxS_smpN_bitF_emt/c (1)

其中，R_max為最大探測距離，單位為米；c為光速c＝30000000米/秒；S_smp為模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速度，單位為Sa/秒；N_bit為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率；F_emt為脈沖激光器發(fā)射頻率，單位為Hz。

目前全波形激光雷達(dá)的發(fā)射頻率一般為百KHz，這里取500KHz；一般發(fā)射脈沖的脈寬為ns級，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣速度需要達(dá)到GSa/秒，這里取1GSa/秒(相鄰兩個數(shù)據(jù)采樣點的間隔為1ns)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率取8-bit；最大探測距離取200米。將這些設(shè)定的參數(shù)代入公式(1)中，每秒鐘會產(chǎn)出500Mbit的回波波形數(shù)據(jù)量。

如此巨量的波形數(shù)據(jù)量，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捄痛鎯ζ鞯娜萘刻岢隽烁咭蟆＠缧枰捎肞CI或PCIE數(shù)據(jù)接口，配備TBits級別的SSD固態(tài)硬盤等，這會增加整個系統(tǒng)的復(fù)雜度，并提高成本。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種全波形激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)壓縮和解壓方法，通過累加計數(shù)取得較高的數(shù)據(jù)壓縮比；同時使用分層處理策略和長度編碼方法，實現(xiàn)了波形數(shù)據(jù)的無損壓縮。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的全波形激光雷達(dá)波形數(shù)據(jù)壓縮和解壓方法，包括以下步驟：

步驟1，原始波形數(shù)據(jù)通過壓縮形成波形壓縮數(shù)據(jù)的過程為原始波形數(shù)據(jù)根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率拆分形成原始數(shù)據(jù)層；原始數(shù)據(jù)層通過長度編碼方法獲得數(shù)據(jù)壓縮層；將數(shù)據(jù)壓縮層采用首尾相連的方式構(gòu)成波形壓縮數(shù)據(jù)；

步驟2，波形壓縮數(shù)據(jù)通過解壓形成原始波形數(shù)據(jù)的過程為波形壓縮數(shù)據(jù)通過長度編碼方法以恢復(fù)得到壓縮數(shù)據(jù)層；壓縮數(shù)據(jù)層根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率得到原始波形數(shù)據(jù)。

通過采用上述技術(shù)方案，壓縮過程：根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率將原始波形數(shù)據(jù)拆分為原始數(shù)據(jù)層，原始數(shù)據(jù)層采用長度編碼方法獲得數(shù)據(jù)壓縮層，數(shù)據(jù)壓縮層采用首尾相連的方式構(gòu)成波形壓縮數(shù)據(jù)。解壓縮過程：使用長度解碼方法從波形壓縮數(shù)據(jù)中恢復(fù)得到壓縮數(shù)據(jù)層，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率將壓縮數(shù)據(jù)層組合為原始波形數(shù)據(jù)。壓縮通過累加計數(shù)即可完成，并且減少了壓縮過程中的計算量，以取得較高的數(shù)據(jù)壓縮比。通過降低壓縮量以壓縮數(shù)據(jù)傳輸量，并且對壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行反向解壓，恢復(fù)數(shù)據(jù)的原始狀態(tài)。

有益效果：在保證回波波形不失真的條件下，可有效壓縮數(shù)據(jù)傳輸量，降低了對系統(tǒng)帶寬和存儲器存儲空間的要求。

附圖說明

圖1是原始回波波形數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)；

圖2是回波波形壓縮數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)；