成像激光雷達(dá)目標(biāo)特征提取與識(shí)別方法研究.pdf

1、為了滿足未來戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中偵察、監(jiān)視以及精確制導(dǎo)的需求，成像激光雷達(dá)的信息處理問題已經(jīng)成為了國內(nèi)外一個(gè)重要的研究方向。利用成像激光雷達(dá)數(shù)據(jù)識(shí)別目標(biāo)是該領(lǐng)域需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題，也是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的難題。本文圍繞成像激光雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別問題，開展了成像激光雷達(dá)仿真、目標(biāo)姿態(tài)估計(jì)、局部形狀特征提取以及目標(biāo)識(shí)別方法的研究。本文的主要工作和成果如下：
　?。?）開展了成像激光雷達(dá)的回波數(shù)據(jù)仿真方法的研究，提出了一種掃描型成像激光雷達(dá)仿真的加速

2、算法。首先研究了成像激光雷達(dá)仿真的基礎(chǔ)理論，建立盡可能全面真實(shí)地描述激光的發(fā)射、傳輸、與目標(biāo)作用和接收過程的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上仿真生成高逼真度的激光雷達(dá)目標(biāo)圖像。重點(diǎn)針對(duì)掃描型成像激光雷達(dá)仿真中遇到的計(jì)算效率問題，建立了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)以及光束掃描的數(shù)學(xué)模型，并將傳統(tǒng)的光線—目標(biāo)求交問題轉(zhuǎn)化為了求解不等式方程組的問題，然后通過對(duì)方程組的分段線性化處理，篩選出可能的解，大幅精簡了光線—目標(biāo)求交運(yùn)算的次數(shù)，提高了仿真算法的運(yùn)算效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，

3、本文提出的算法在保證仿真真實(shí)度的同時(shí)，大幅提高了計(jì)算效率。
　?。?）針對(duì)空間中彈頭目標(biāo)姿態(tài)估計(jì)的問題，提出了一種基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的參數(shù)化估計(jì)方法。本文將彈頭形狀近似為圓錐狀，并推導(dǎo)出了描述此圓錐的數(shù)學(xué)模型。利用激光雷達(dá)得到的目標(biāo)三維點(diǎn)云信息，通過優(yōu)化算法求解模型參數(shù)，從而獲得彈頭目標(biāo)的形狀、姿態(tài)和位置信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法對(duì)點(diǎn)云的規(guī)模要求較低，在測(cè)距精度較高時(shí)，算法可以達(dá)到很好的參數(shù)估計(jì)性能。
　　（3）研究了局部形

4、狀特征性能的影響因素，基于球諧三維旋轉(zhuǎn)不變量構(gòu)建了一種新的局部形狀特征提取方法。局部特征對(duì)局部參考坐標(biāo)系（LRF）的敏感性是造成特征在噪聲和不同的采樣中性能下降的一個(gè)重要因素，為了提高特征對(duì)噪聲和采樣的魯棒性，本文利用球諧三維旋轉(zhuǎn)不變量構(gòu)造了一個(gè)局部形狀特征，并通過大量實(shí)驗(yàn)確定了提取特征所需的參數(shù)。在不同模型庫、不同噪聲和分辨率下對(duì)本文提出的特征和經(jīng)典特征進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該特征的性能較傳統(tǒng)特征有較大提升。為了驗(yàn)證特征的目標(biāo)識(shí)別能力