[发明专利]全波形激光雷达波形数据压缩和解压方法

说明书

本发明公开了一种全波形激光雷达波形数据压缩和解压方法，包括原始波形数据通过压缩形成波形压缩数据的过程为原始波形数据根据模数转换器分辨率拆分形成原始数据层；原始数据层通过长度编码方法获得数据压缩层；将数据压缩层采用首尾相连的方式构成波形压缩数据；波形压缩数据通过解压形成原始波形数据的过程为波形压缩数据通过长度编码方法以恢复得到压缩数据层；压缩数据层根据模数转换器分辨率组合为原始波形数据。该方法通过累加计数取得较高的数据压缩比；同时使用分层处理策略和长度编码方法，实现了波形数据的无损压缩和解压。

技术领域

本发明涉及一种全波形激光雷达波形数据压缩和解压方法。

背景技术

全波形激光雷达(Waveform-Digitizing LiDAR)将发射脉冲信号和回波脉冲信号均以很小的采样间隔进行采样并记录，用户根据实际应用需求，对记录的波形数据进行处理和分析，相比传统激光雷达，可以得到更丰富的激光回波次数和目标特征信息。

假设全波形激光雷达仅记录目标回波波形，则每秒钟需要记录的数据量D为：

D＝2R_maxS_smpN_bitF_emt/c (1)

其中，R_max为最大探测距离，单位为米；c为光速c＝30000000米/秒；S_smp为模数转换器采样速度，单位为Sa/秒；N_bit为模数转换器的分辨率；F_emt为脉冲激光器发射频率，单位为Hz。

目前全波形激光雷达的发射频率一般为百KHz，这里取500KHz；一般发射脉冲的脉宽为ns级，模数转换器采样速度需要达到GSa/秒，这里取1GSa/秒(相邻两个数据采样点的间隔为1ns)；模数转换器的分辨率取8-bit；最大探测距离取200米。将这些设定的参数代入公式(1)中，每秒钟会产出500Mbit的回波波形数据量。

如此巨量的波形数据量，对数据传输的带宽和存储器的容量提出了更高要求。例如需要采用PCI或PCIE数据接口，配备TBits级别的SSD固态硬盘等，这会增加整个系统的复杂度，并提高成本。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种全波形激光雷达波形数据压缩和解压方法，通过累加计数取得较高的数据压缩比；同时使用分层处理策略和长度编码方法，实现了波形数据的无损压缩。

技术方案：本发明所述的全波形激光雷达波形数据压缩和解压方法，包括以下步骤：

步骤1，原始波形数据通过压缩形成波形压缩数据的过程为原始波形数据根据模数转换器分辨率拆分形成原始数据层；原始数据层通过长度编码方法获得数据压缩层；将数据压缩层采用首尾相连的方式构成波形压缩数据；

步骤2，波形压缩数据通过解压形成原始波形数据的过程为波形压缩数据通过长度编码方法以恢复得到压缩数据层；压缩数据层根据模数转换器分辨率得到原始波形数据。

通过采用上述技术方案，压缩过程：根据模数转换器分辨率将原始波形数据拆分为原始数据层，原始数据层采用长度编码方法获得数据压缩层，数据压缩层采用首尾相连的方式构成波形压缩数据。解压缩过程：使用长度解码方法从波形压缩数据中恢复得到压缩数据层，根据模数转换器分辨率将压缩数据层组合为原始波形数据。压缩通过累加计数即可完成，并且减少了压缩过程中的计算量，以取得较高的数据压缩比。通过降低压缩量以压缩数据传输量，并且对压缩数据进行反向解压，恢复数据的原始状态。

有益效果：在保证回波波形不失真的条件下，可有效压缩数据传输量，降低了对系统带宽和存储器存储空间的要求。

附图说明

图1是原始回波波形数据的结构；

图2是回波波形压缩数据的结构；