题目：基于机载激光雷达的低空目标探测

机载LIDAR(Light Detection and Ranging)是一种集激光测距系统，全球定位系统(GPS)和惯性导航技术(INS)三种技术于一体的系统，这三种技术的结合，可以高度准确地定位探测目标的位置。全面系统的分析各误差源的误差对整个系统定位精度的影响，有利于对机载激光雷达系统校准工作的顺利进行，最终达到进一步提高定位精度的目的。激光雷达记录的回波波形是对光斑内各点反射信号按时间先后顺序的记录，由于激光的行进过程中，在不同的位置处，遇到不同的障碍物，每个障碍物由于具有反射特性，都会对激光束有反射作用，从而形成多次回波，多次回波在时间顺序上先后叠加，形成激光雷达的复杂回波。有必要对激光雷达的回波进行分解，利用分解所得的参数，和目标障碍物的特性作比较，从而达到目标识别的目的。本论文的研究内容建立在机载激光雷达系统上，主要分为以下两个部分：全面系统的讨论了在WGS-84坐标系下各误差源是如何影响定位精度的，首先利用坐标转换原理，推导出了在WGS-84坐标系下，圆扫描和线扫描的精确定位方程；结合误差传播原理，得到X、Y、Z轴以及合成定位误差关于各误差源的表达式，并用Matlab仿真。采用圆扫描的定位精度随扫描角呈近似余弦曲线变化，且飞机在600m低空飞行时，定位精度小于0.3m左右。采用线扫描，定位精度控制大于0.6m，定位精度随激光测距精度和飞机飞行高度波动比较大，最后讨论了发散角和地面倾斜度对激光测距精度的影响，并作仿真。激光雷达的回波可近似为若干个高斯波和系统的随机噪声的叠加，对激光雷达的回波进行处理，首先要滤除噪声，做平滑处理。本论文采用四通移动平均滤波器逼近高斯滤波器对回波进行平滑，对滤波后的多次回波用 LM (Levenberg-Marquardt)算法进行分解，得到各个回波的均值、幅值和方差，确定障碍物的位置、反射特性和其他特性，为目标识别做准备。