激光雷达回波信号的小波去噪研究

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1、研究与开发激光雷达回波信号的小波去噪研究张宏宇樊桂花张廷华郑勇辉（装备学院北京１０１４１６）摘要：激光雷达回波信号去噪是回波信号有效检测的基础。分析了激光雷达回波信号中的噪声来源和统计特性；采用非抽样小波变换和Ｈｙｂｉｒｄ软阈值对回波信号进行了去噪处理，对处理后信号中残余的“毛刺”进一步做了平滑滤波，处理后的信噪比提高了２０．５５ｄＢ。利用Ｇａｇｅ高速采集卡和ＬａｂＶＩＥＷ编程环境中开发的软件实现了对激光雷达回波信号检测。关键词：小波去噪；虚拟仪器；激光雷达；信号处理；非高斯噪声中图分类号：ＴＮ２４７文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｗａｖｅｌｅｔｄｅｎｏ

2、ｉｓｉｎｇｆｏｒｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｏｆｌｉｄａｒＺｈａｎｇＨｏｎｇｙｕＦａｎＧｕｉｈｕａＺｈａｎｇＴｉｎｇｈｕａＺｈｅｎｇＹｏｎｇｈｕｉ（ＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１４１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｎｏｉｓｉｎｇｉｓｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｌｉｄａｒｅｃｈｏｓｉｇｎａｌ．Ｆｉｒｓｔ，Ｗｅｈａｖｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｎｏｉｓｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｌｉｄａｒｅｃｈｏｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｉｓｄｅｎｏｉｓｅｄｂｙ

3、ｔｈｅｕｎｄｅｃｉｍａｔｅｄｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＨｙｂｉｒｄｓｏｆｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ．Ｔｈｅｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｈａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙ２０．５５ｄＢａｆｔｅｒｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｓｍｏｏｔｈｉｎｇｆｉｌｔｅｒｆｏｒｒｅｍｏｖｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌ“ｇｌｉｔｃｈｅｓ”ｉｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｅｃｈｏｓｉｇｎａｌｏｆｌｉｄａｒｈａｓｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｅｖｅｌｏｐ

4、ｅｄｂｙＧａｇｅｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｒｄａｎｄＬａｂＶＩＥＷｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｖｅｌｅｔｄｅｎｏｉｓｅ；ｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｌｉｄａｒ；ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｎｏｎ－Ｇａｕｓｓｉａｎｎｏｉｓｅ结合起来，描述信号时频平面不同位置具有不同的分辨０引言率，软阈值准则实现激光雷达回波降噪处理。虚拟仪器（ｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＶＩ）通过应用软件将计１噪声分析算机用户与各种功能硬件设备结合起来，软件采用图形化设计语言。ＬａｂＶＩＥＷ是美国ＮＩ公司开发的

5、虚拟仪器开激光雷达回波信号受到很多噪声的影响，主要的噪声发平台，在数据采集、信号分析和数据处理方面具有强大有两大类：接收系统的背景噪声和探测器噪声。从光电探的功能，用户可以自主设计软件算法创建仪器系统。目测器转换的电信号通常较弱，再做进一步处理时，又引入前，ＬａｂＶＩＥＷ也是最通用的开发平台，具备实现小波分析放大器噪声。由于这些噪声与目标信号叠加，使得激光雷信号处理的功能。达的回波信号的信噪比很低，甚至信号完全淹没在噪激光雷达信号经大气远距离传输返回后，其回波信噪声中。比很低，如何去除噪声、提高信噪比是实现激光雷达回波本文使用盖奇ＣｏｍｐｕｓｃｏｐｅＢＡＳ

6、Ｅ－８采集卡采集了远检测的前提。在激光回波检测中使用的去噪方法有匹配场激光雷达回波信号。采集卡具有一个最大采样率为滤波、平滑滤波等；当信号波形已知时，匹配滤波方法能够５００ＭＳ／ｓ的数据通道，８ｂｉｔ垂直分辨率。图１是激光雷有效地实现信号检测，是输出信噪比最大化意义上的线性达回波信号，含有大量噪声，信噪比较低为２．５７ｄＢ。为实滤波器［１］，但对于非平稳的回波信号其性能会大幅下降。现在采集信号中去除噪声，提取回波信号，首先利用Ｌａｂ－此外，滑动平均滤波只相当于低通滤波器，中值滤波降噪ＶＩＥＷ的数组功能分段提取出噪声数据，针对采集信号的优势是消除孤立的噪声［

7、２］，当信噪比很低时，改善信噪比噪声做了分析研究。ＬａｂＶＩＥＷ程序设计上，利用时序分性能有限。本文采用小波多分辨率分析法将时域与频域析ＳｔａｔｉｏｎａｒｉｔｙＴｅｓｔ．ｖｉ判断了信号平稳性，Ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ收稿日期：２０１２－３—５２—中国科技核心期刊研究与开发Ｔｅｓｔ．ｖｉ判断了噪声的白噪声特性，计算得出了各类统计度参数ａ＝ａｊ和平移参数ｂ分别取作ａ＝ａｊ和ｂ＝ｋａｊ，０００ｂ０特性。变换可表示为：∞ＷＴ（ｊ，ｋ）＝＊（ｔ）ｄｔ＝［ｆ，］，ｆｆ（ｔ）ψｊ，ｋψｊ，ｋ∫－∞（ｔ）＝ａ－ｊ／２（ａ－ｊ）（１）ψｊ，ｋｏψ０ｔ－ｋｂ０对于信号重构使用的公式

8、为：∞∞ｆ（ｔ）＝ｃ∑∑ｃｊ，ｋψｊ，ｋ（ｔ）（２）ｊ＝－∞ｋ＝－