一种激光雷达信号改良方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115902813A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211719009.9(22)申请日2022.12.30(71)申请人无锡中科光电技术有限公司地址214000江苏省无锡市新吴区菱湖大道200号C座(72)发明人王昭娜冯大力于潇萌于晓晨唐成(74)专利代理机构合肥方舟知识产权代理事务所(普通合伙)34158专利代理师朱荣(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图8页(54)发明名称一种激光雷达信号改良方法(57)摘要本发明公开了一种激光雷达信号改良方法，该方法包括以下几个步骤：S1，采用信号预分解方法将雷达原始回波信号进行解构，提取分解的固有成分分量个数K；S2，基于当前K值，对原始回波信号采用变分方法再次分解为K个单成分分量信号；S3，求解K个单成分分量信号与原始回波信号的关联系数r,若r大于给定阈值，则认为当前成分包含与原始信号相关的有用信号，故保存当前成分分量，反之则剔除当前成分分量；S4，将保存的各成分分量叠加进行信号重构。经过此种方式对激光雷达原始回波信号进行处理，可以尽可能地保留原始信号的细节特征，去除高频的噪声信号，由此起到雷达信号平滑去噪的目的。CN115902813ACN115902813A权利要求书1/2页1.一种激光雷达信号改良方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将雷达原始回波信号S(0)作为算法输入，无需进行特殊处理；S2，对输入信号进行信号预分解获取成分分量个数K；S3，将K值作为参数，建立变分约束表达式，通过求解最优解将信号分解为K个子成分分量；S4，计算各子成分与原始信号的关联系数r；S5，选取合适的阈值，将大于阈值的成分分量进行保存，剔除低相关性的成分分量，此部分大多是由高频噪声组成；S6，将保存的各成分分量叠加进行信号的重构。2.根据权利要求1所述的一种激光雷达信号改良方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21，对输入信号进行信号预分解，将原始输入信号分解为若干个固有成分分量和信号的剩余分量，可用下式来表示：其中，S(0)为原始输入信号，pci为原始信号分解得到的第i个固有成分分量，rm为除m个固有成分分量外的剩余分量，代表信号的直流分量或趋势，信号分解的停止条件可采用如下方式判断：其中d为连续两次分解结果之间的偏差；S22，得到原始信号的总成分分量个数K＝n+1。3.根据权利要求1所述的一种激光雷达信号改良方法，其特征在于，所述步骤S3包括：构造变分问题，假设原始信号是由K个具有固定中心频率和有限带宽的成分分量组成，同时各个成分之间的估计带宽之和最小，约束条件为所有成分之和与原始信号相等，通过如下约束变分表达式表示：其中：s为待分解的原始信号，K为需要分解的成分分量个数，{uk}、{fc(k)}分别对应分解后的2CN115902813A权利要求书2/2页第k个成分分量和其中心频率，表示信号s对时间t的偏导，δ(t)为脉冲函数，||·||2表示二范数，bw(k)代表每个成分分量的带宽；通过引入二次惩罚函数α和拉格朗日惩罚算子λ(t),可将上述约束变分问题转化为无约束变分问题，增广拉格朗日表达式如下：其中：α为二次惩罚因子，其目的是降低高斯噪声的干扰；通过迭代更新{uk}，{fc(k)}，λ求取拉格朗日表达式L的鞍点，这些点即为所求约束变分问题的最优解；求解过程中K即为步骤S2中求解的K值，α设定为输入信号尺度的2倍。4.根据权利要求1所述的一种激光雷达信号改良方法，其特征在于,所述步骤S4包括：计算步骤S3中求取的成分分量集合{uk}中的各子成分分量与原始信号之间的关联系数，可通过如下表达式进行计算：其中(x1，x2，...，xn)为各子成分分量n维向量,(y1，y2，...，yn)为原始信号n维向量。5.根据权利要求1所述的一种激光雷达信号改良方法，其特征在于,所述步骤S6包括：信号重构可通过如下方式计算：其中，uk为筛选后的成分分量，共m个。6.根据权利要求1所述的一种激光雷达信号改良方法，其特征在于,步骤S2中分解成分分量个数K值的选取也可直接通过步骤S3中的分解模型，通过计算连续两个分解成分分量的相关系数来确定，当连续两个分解成分的相关系数小于某个给定的阈值时便不再分解，至此确定成分分量个数K。7.根据权利要求1所述的一种激光雷达信号改良方法，其特征在于,步骤S5中在高频噪声剔除的过程中，也可通过与原始信号之间的标准偏差或其他偏差计算方式来剔除。3CN115902813A说明书1/4页一种激光雷达信号改良方法技术领域[0001]本发明属于信号处理技术领域，具体为一种激光雷达信号改良方法。背景技术[0002]激光雷达是集激光、光电、机械、信号处理等多种现