三维相干调频连续波激光雷达速度提取与成像畸变补偿技术研究的任务书.docx

三维相干调频连续波激光雷达速度提取与成像畸变补偿技术研究的任务书
一、选题背景
激光雷达（Lidar）技术作为一种高精度、高分辨率的遥感技术，被广泛应用于地球物理探测、环境监测、智能交通等多个领域。在这些领域应用中，激光雷达的输出一般是点云数据，而点云数据需要通过对点云进行处理，提取出目标（如建筑物、行人等）的位置、速度等信息，才能为后续任务提供决策支持。
其中，速度信息是非常重要的，它可以用于行人、交通工具等目标的运动分析，也可以用于环境监测中的塌方、崩塌等自然灾害的预警。在激光雷达中，速度信息是通过Doppler效应进行测量的，因此在设计激光雷达时需要考虑调频连续波（FMCW）技术，即可以产生连续、平稳的频率变化的激光，同时该技术是实现相干激光雷达信号处理的有效手段。
在FMCW激光雷达中，雷达控制的调频信号经过信号传输和目标回波后，与控制信号进行混频处理，得到频率差信号，这个频率差(signalbeatfrequency)可以用来获得目标的速度信息，从而实现对目标的高精度测量。但是，在实际应用中，由于多种因素的影响，比如系统误差、环境干扰等，激光雷达的输出速度信号常常存在畸变，这会严重影响后续的速度提取与成像。
因此，本研究意欲探索通过三维相干调频连续波激光雷达技术实现对速度信号的畸变补偿，进而实现高精度的速度提取与成像的技术方案。
二、研究内容
1.调研与分析现有的三维相干调频连续波激光雷达技术以及速度提取与成像畸变补偿方案，从硬件、软件、算法等多方面进行分析；
2.基于这些先前工作，设计一套三维相干调频连续波激光雷达的系统方案，构建系统原型，确认系统参数；
3.测试并分析系统的性能，包括系统的测距精度、速度解析度、信噪比以及相干性等；
4.提取激光雷达中的速度信息并重构成三维空间中的速度图像，评估速度图像的可视化效果；
5.分析激光雷达速度畸变的原因和特点，设计合适的畸变补偿算法；
6.将畸变补偿算法应用于速度图像的成像过程中，验证其效果。
三、研究意义
通过三维相干调频连续波激光雷达技术实现畸变补偿技术，可以解决现有激光雷达中速度畸变的问题，提高激光雷达的测量精度和数据可靠性。同时，该技术方案的实现具有广泛的应用前景，尤其是在智能交通、灾害监测等领域，可以为决策者提供可靠的数据支持，从而帮助实现更加智能化的社会运行和管理。
四、研究方法
1.调研分析：对现有的三维相干调频连续波激光雷达技术和速度提取与成像畸变补偿方案进行系统的收集、整理和分析；
2.系统设计：利用三维相干调频连续波激光雷达技术构建实验系统，设定系统参数；
3.性能测试：对系统的参数进行调节，并进行实测，得到激光雷达输出的点云数据；
4.算法设计：根据速度畸变的特点，设计和实现一个相应的畸变补偿算法；
5.实验验证：将畸变补偿算法应用于速度图像的成像过程中，验证其效果。
五、研究进度
1.第一至二个月：调研分析现有的三维相干调频连续波激光雷达技术；
2.第三至四个月：基于调研结果，完成系统设计，确定系统参数；
3.第五至六个月：搭建实验系统并进行性能测试，完善系统；
4.第七至八个月：分析速度畸变的原因和特点，设计合适的畸变补偿算法；
5.第九至十一个月：将畸变补偿算法应用于速度图像的成像过程中，验证其效果；
6.第十二个月：完成论文撰写和论文答辩。
六、预期结果
1.实现三维相干调频连续波激光雷达的系统方案，并具备可操作性；
2.验证系统的性能，包括测距精度、速度解析度、信噪比以及相干性；
3.实现三维空间中速度图像的成像，并评估速度图像的可视化效果；
4.设计畸变补偿算法，解决激光雷达速度信号畸变的问题，并在成像过程中进行验证。
5.发表论文一篇。