[發明專利]基于激光雷達探測的高速非合作目標軌跡提取方法

有效

• 申請號: 202110455144.6
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113376648B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 楊俊彥;高冬陽;陳宗鎂;邵艷明;劉浩偉;陳龍江;吳建東
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58;G01S7/48
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 高志瑞

1.一種基于激光雷達探測的高速非合作目標軌跡提取方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟一：對初始階段的笛卡爾坐標系中的點云數據通過霍夫變換得到初始階段的參數空間中的點云數據；

步驟二：對步驟一中的初始階段的參數空間中的點云數據進行檢測得到初始階段的最大值點坐標，根據初始階段的最大值點坐標得到起始時刻的目標瞬時距離和瞬時速度；

步驟三：根據起始時刻的目標瞬時距離和瞬時速度，設置跟蹤階段的距離門范圍和時間門范圍；

步驟四：對步驟三中的跟蹤階段的距離門范圍和時間門范圍內的點云數據進行霍夫變換得到跟蹤階段的參數空間中的點云數據；

步驟五：對步驟四中的跟蹤階段的參數空間中的點云數據進行檢測得到跟蹤階段的最大值點坐標，根據跟蹤階段的最大值點坐標得到跟蹤時刻處的目標瞬時距離和瞬時速度；

步驟六：重復步驟三至步驟五，得到后續任意時刻的目標瞬時距離和瞬時速度，根據任意時刻的目標瞬時距離得到目標的運動距離軌跡曲線；其中，

在步驟二中，起始時刻t₁的目標瞬時距離和瞬時速度通過如下公式得到：

其中，s(t₁)為目標在起始時刻t₁的距離，v(t₁)為目標在起始時刻t₁的速度，Δd為激光雷達的測距分辨率，d₁是霍夫變換處理數據的距離門起始距離，Δt為激光雷達測量時間間隔的時間單位；

在步驟三中，跟蹤階段的距離門范圍為t₁～t₁+k₁Δt；其中，Δt為一個測量時間間隔的時間單位，k₁為預設值；

如果90°＜θ₁＜180°，跟蹤階段的距離門范圍設置為s(t₁)～s(t₁)+k₁Δt·v(t₁)；

如果0°＜θ₁＜90°，跟蹤階段的距離門范圍設置為s(t₁)-k₁Δt·v(t₁)～s(t₁)；

在步驟一中，對初始階段的笛卡爾坐標系中的點云數據通過霍夫變換得到初始階段的參數空間中的點云數據包括如下步驟：

步驟1.1：選擇時間門寬度k₀Δt，在起始時刻t₁處的距離門范圍為t₁～t₁+k₀Δt；其中，Δt為一個測量時間間隔的時間單位，k₀為預設值；

步驟1.2：對t₁～t₁+k₀Δt時間門和整個距離門d₁～d_N的點云數據進行霍夫變換，使得點云數據中的任意一點(x,y)轉換到參數空間后都會變成一條正弦曲線；

在步驟一中，霍夫變換的公式如下：

其中，x為點云數據中的一點的橫坐標，y為點云數據中的一點的縱坐標，θ為點云數據中的一點所在直線的法線與x軸的夾角，ρ為原點到直線的垂直距離；

在步驟二中，初始階段的最大值點坐標為(ρ₁，θ₁)；

在步驟五中，跟蹤階段的最大值點坐標為(ρ₂，θ₂)；

在步驟五中，跟蹤時刻處的目標瞬時距離和瞬時速度通過如下公式得到：

通過計算目標真實跡和提取的目標軌跡的均方根差，來衡量魯棒性，的計算公式為：

其中，s(ti)代表目標在ti時刻的真實瞬時距離，s′(ti)代表目標在ti時刻的算法提取得到的目標瞬時的距離；

對激光雷達回波點云信號進行仿真，仿真參數如下：

(1)在1s時間內進行1000次觀測，每次觀測間隔為0.001s，激光脈沖頻率為1kHz；

(2)目標初始距離10km，目標逐漸靠近雷達系統，相對雷達的勻速運動速度5km/s；

(3)仿真時，背景噪聲選擇為10⁵或者10⁶counts/s；激光脈沖能量選擇為0.15mJ或者1.5mJ，用于對比不同情況下仿真效果；

(4)時間分辨率為33ns對應的距離長度為5m。