[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

本發明公開了一種基于激光雷達探測的高速非合作目標軌跡提取方法，該方法通過霍夫變換將笛卡爾坐標系中的點云數據轉換到參數空間中，通過參數空間最大值點坐標的檢測結果，反演出短時間內點云數據中的目標瞬時距離和瞬時速度信息，設置后續跟蹤階段的距離門范圍和時間門范圍，同時重復上述霍夫變換和參數空間最大值檢測過程，得到跟蹤時刻的目標瞬時速度和瞬時距離。最后對算法進行迭代，重復跟蹤過程的步驟，能夠得到后續任意時刻的目標瞬時距離和瞬時速度。本發明可以不依賴于目標距離信息的實時預報，實現激光雷達探測距離門的自適應更新及非合作目標距離軌跡提取。

技術領域

本發明屬于基于光子計數的激光雷達探測系統技術領域，尤其涉及一種基于激光雷達探測的高速非合作目標軌跡提取方法。

背景技術

得益于單光子探測器的高探測靈敏度和高時間分辨率，基于單光子探測器的激光雷達能夠充分利用激光回波信號，將回波信號響應提升到量子極限，從而實現遠距離探測。但在實際測距過程中，單光子探測器無法區分目標的回波信號和噪聲信號，為了從噪聲中提取目標回波信號，必須要使用時間累積和時間相關單光子計數等技術。但是，使用這些技術處理運動目標回波信號時，會存在著巨大缺陷。當目標快速移動時，測量的光子來回飛行時間將會發生漂移，飄移量與目標的速度有關，同時也將會引起回波信號光子的時間相關曲線輪廓擴寬等問題。特別地對應非合作目標，待測目標的距離和速度信息無法預先知道，將導致基于單光子探測器的目標測距技術優勢無法得到充分體現。

當前傳統的目標測距激光雷達數據處理算法，主要是針對靜止目標或者合作已知相對速度的目標測距，根據實時距離的預報，設置距離門開啟時間和距離門寬度。再根據噪聲隨機分布的特點和目標回波信號分布固定在一定范圍的特點，進行抑制噪聲和提出目標回波信號。傳統數據處理算法過于依賴于對目標距離信息精確預測。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于激光雷達探測的高速非合作目標軌跡提取方法，利用霍夫變換實現激光雷達目標軌跡信息提取算法，其基本思想是根據點—線對偶性，即在點云空間中共線的點對應于參數空間里相交的線；相反，在參數空間中相交于同一點的所有曲線在點云空間中都有共線的點與之對應。基于這種思想，利用霍夫變換把點云空間中目標瞬時距離與瞬時速度的檢測問題轉換到參數空間中來解決，根據參數空間的聚焦特性來完成目標瞬時距離與瞬時速度的檢測任務。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：一種基于激光雷達探測的高速非合作目標軌跡提取方法，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。

上述基于激光雷達探測的高速非合作目標軌跡提取方法中，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。