布尔混沌激光雷达成像与抗干扰性分析

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近年来随着无人驾驶技术的发展,激光雷达已经成为无人智能车中重要的环境感知设备,相比于与毫米波雷达,激光雷达具有距离分辨率高、抗交叉干扰能力强、体积小等优点,在高精度测距的同时可以实现高分辨成像。随着激光雷达的大量应用于无人驾驶汽车中,传统的脉冲激光雷达极易受到其他激光雷达的干扰或者人为干扰攻击,使得激光雷达出现探测错误、增加虚警概率,导致激光雷达产生误判,引发交通事故。因此在车载激光雷达领域,高精度成像以及激光雷达之间的交叉干扰问题一直是亟待解决的问题。针对以上问题,本文利用布尔混沌信号调制激光器产生布尔混沌激光作为雷达探测信号,结合扫描成像技术,构建混沌激光成像雷达系统,利用仿真和实验实现了目标物体的三维成像,并对其抑制交叉干扰的能力进行了测试。布尔混沌信号在时序上具有类噪声的随机信号,频率上具有宽频带特性。此外混沌信号在提供高分辨率的同时也具有抗干扰能力强的优点,可以应用于多雷达同时工作的场景中。因此提出将布尔混沌信号与激光雷达相结合,应用于空间中目标三维成像。本文主要的研究工作及成果总结如下:(1)总结和分析了现有无人驾驶激光雷达的研究进展,并且详细分析了不同种类激光雷达的优缺点,提出将传统的激光雷达发射信号更换为布尔混沌信号,并将其应用于空间目标三维成像。(2)介绍了布尔混沌信号产生原理,分析了布尔混沌信号的时域和频域的特性。构建布尔混沌激光雷达模型,基于MATLAB搭建布尔混沌激光雷达仿真平台。详细分析了布尔混沌激光雷达对空间目标的三维成像能力。搭建布尔混沌激光雷达硬件实验平台以及上位机软件系统。利用相关测距原理实现对目标距离测量,在此基础上利用二维扫描实现对目标的三维成像。在实现目标距离图像同时,根据相关曲线系数也可以实现目标强度图像。(3)通过实验和仿真分析激光雷达的抗交叉干扰能力,实验验证了布尔混沌激光雷达可以在不同干扰信号下实现稳定的三维成像,在信噪比为12 d B时仍然可以对目标清晰成像。可以实现在多雷达复杂环境中的高精度成像。验证了多雷达工作时布尔混沌激光雷达抑制交叉干扰能力,定量分析了在不同干信比下激光雷达成像效果。仿真和实验结果都验证了本文提出的方案的可行性。
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