[发明专利]一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法

权利要求书

1.一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)通过光束整形装置将激光源整形为能量近平顶的矩形截面激光光束，采用光编码器将光束截面划分为2^N×2^N段，所述的光编码器具有2^N×2^N个编码器单元，所述N为正整数，对各段顺次实行2^2N阶码分多址编码之后投影到目标表面的2^N×2^N段；

(2)通过M个单元的探测器阵列对目标表面的2^N×2^N段像素区域进行细分后再复用，使每个单元探测器均可接受2^N×2^N个物点的回波信号，且这些物点的码元属性构成完整的一组编码，即每个单元探测器获得2^2N阶全编码回波信号，因此，通过M个单元的探测器阵列完成了对M×2^2N个物点回波信号的复用接收；

通过探测器阵列获得的M个通道全编码回波信号经过高速采样得到M组全编码波形数据，每组都包含2^2N个不同像素信息，信号采样率应满足奈奎斯特采样定理以实现信号不失真重建，通过全编码波形信号处理算法提取所有M×2^2N个像素的距离信息，通过面阵三维重建完成目标的三维成像；所述的光编码器将光束截面划分为二维的2^N×2^N段，采用2^2N阶单极性正交码WH_N′＝[h₁h₂…h_N′]^T，所述N′＝2^2N，码元素为“1”或“0”，码“1”表示通光，码“0”表示拦光，可通过控制光编码器各单元通断实现，以此实现对面阵光束在空间维度和时间维度的二维编码；所述复用的方法是将目标划分的2^N×2^N段像素区域依次标记为将各段像素区域均匀细分为M＝M₁×M₂个亚像素，所述M₁、M₂为正整数，依次标记为这样所述的2^N×2^N段像素区域被细分为M₁2^N×M₂2^N个亚像素，每段的M₁×M₂个细分单元对应同一编码属性，对每段抽取同一序号的细分单元进行重组，得到M个分组，这样每个分组均构成一个完整的编码组，分别用M单元探测器阵列进行复用接收，同一组别的2^2N个亚像素回波信号通过光纤复用传至一个探测器单元，这样就实现了复用M单元探测器阵列来接收M×2^2N个物点的回波信号；

所述全编码波形信号处理算法步骤包括：

(a)全编码波形预去噪：对整个编码区间进行整体去噪，控制去噪强度以避免丢失细节信息；

(b)全编码波形信号解码：对M组全编码波形用本地码组相关解码，获得M×2^2N个像素的脉冲特征波形；

(c)脉冲特征波形增强：对各组脉冲特征波形进行进一步去噪平滑；

(d)波形拟合分解：对各组脉冲特征波形进行拟合分解，获取各像素的距离特征值；

(e)面阵三维重建：根据各像素的空间分布及视场角，对获取的面阵像素的距离值进行正射投影转换得到其实际深度值，按面阵像素复用规则进行像素拼接，结合GPS地理位置信息重建三维图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法，其特征在于：所述三维成像方法的步骤(3)中，通过探测器阵列获得的M个通道全编码回波信号经过高速采样得到M组全编码波形数据，需借助信号解码算法分解目标特征信息，算法过程是将每组全编码波形与本地码组进行相关解调出2^2N个像素特征信息，最终共获得M×2^2N个像素的特征信息，所述的本地码组设定为要求其为双极性码，并与原编码组WH_N′＝[h₁h₂…h_N′]^T的阶数相同且相互正交，即结果为对角阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法，其特征在于：所述面阵三维重建步骤包括：

(1)对M个探测器获取的M组像素距离值集合通过公式转换，其中r_i,j为传感器面阵中第i个单元在投影面阵区域中获得的第j个像素的飞行距离，M＝M₁×M₂、i＝1,2,…M、j＝1,2,…2^2N、x_i,j＝M₁((j-1)mod2^N)+(i-1)mod M₁+1、Δl₁＝l₁/(M₁2^N)、Δl₂＝l₂/(M₂2^N)，mod为求余函数，为向下取整函数；

(2)建立二维坐标系xOy，将所有的M×2^2N像素正射距离值分别对应到(x_i,j,y_i,j),i＝1,2,…M；j＝1,2,…2^2N位置处，作为各像素单元的图像深度,从而完成了距离像重建，水平像素分辨率为Δl₁，垂直像素分辨率为Δl₂；

(3)将距离像结合GPS提供的各像素单元的实际地理信息，最终完成目标三维成像。