一種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及遠距離激光測距回波信號識別技術，具體涉及一種基于稀疏表示的遠 距離激光測距回波信號識別方法。
【背景技術】
[0002] 激光由于它亮度高、單色性和方向性好，是人們早就渴望得到的理想的測距光源， 因此在它出現后不到一年的時間就被用于測距。可以說激光測距是激光最早、也是激光技 術最成熟的應用之一。激光測量系統不僅在民用，而且在世界各國的軍用方面都得到了廣 泛的應用。在遠距離激光測距系統中，測距的精度和準度依賴于對回波信號的準確識別，通 常回波信號被衰減到很弱且帶有各種噪聲，而且受天氣的影響很大，所以回波信號的識別 已成為激光測距領域的一個研宄熱點與難點。
[0003] 現有技術中，稀疏表示是一種自適應性好，表達簡潔的信號表示方法，通過在過 完備庫中自適應的選擇與信號最相似的原子，并使選擇的原子個數盡可能的少，從而將原 始信號表示成一組最少基函數的線性展開。信號稀疏表示具備自適應性好，表達簡潔等特 點，已被廣泛應用到去噪、壓縮、編碼、參數估計、特征提取、目標識別等信號處理的許多方 面。
[0004] 稀疏分解的發展為信號的變換域表示和目標識別提供了新的發展方向。該方法根 據待分解信號的特點，從過完備原子庫中選擇最貼近殘差信號的原子，分解得到的原子參 數表征的是所代表波形的特點。但在實際應用中，稀疏分解算法存在計算度復雜、算法運 行時間長等問題，對硬件實現及算法時間提出了較高要求，同時在實際環境中，信號包含 實際工作中的噪聲給分解帶來更復雜的分解度。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號 識別方法，該方法采用基于小波分析和FFT信號稀疏分解OMP算法，有效降低稀疏分解算 法的復雜度，提高信號稀疏分解的速度以及信號稀疏分解的效果，提高了對遠距離激光測 距回波信號的識別率和速率。
[0006] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007] -種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別方法，其特征是所述方法包 括下述步驟：步驟一：測得近距離的激光回波信號，并計算該信號的最優小波基底；步驟 二：對最優小波基底進行擴充，構造出最優小波原子庫；步驟三：將快速傅里葉變換算法與 OMP算法結合，對遠距離激光回波信號稀疏分解，得到回波信號的稀疏表示；步驟四：對稀 疏表示系數取閾值，獲得特征稀疏表示系數，根據特征稀疏表示系數確定出回波發生的時 亥Ij，從而識別出回波。
[0008] 進一步，在步驟一中具體包括以下步驟:建立小波庫，所述小波庫為一組小波 原子的集合；12 :計算近距離激光測距回波信號與所述小波庫中小波原子的相似度；13 :將 與近距離激光測距回波信號相似程度最高的小波原子確定為最優小波基底；
[0009] 進一步，在步驟二中具體包括以下步驟：21 :所述最優小波基底為 步（f,G，T，t)，其中f、G、T和t分別表示對應的頻率、衰減因子、延時參數和時間參數； 22 :以預設采樣頻率為延時間隔，按不同時移進行擴充，構造出行表示不同時間參數，列表 示不同延時參數的最優小波原子庫；
[0010] 進一步，在步驟三中具體包括以下步驟：31 :利用FFT實現遠距離激光測距回波信 號稀疏分解，從而得到描述該信號特征的一系列原子參數；32 :采用OMP算法得到信號在 各個已選原子上的分量和殘差分量，然后對殘差分量進行分解得到該信號的稀疏表示；
[0011] 進一步，在步驟四中具體包括以下步驟：41 :根據3 〇準則，對所述稀疏表示系數 取閾值，獲得特征稀疏表示系數，其中所述〇為所述稀疏表示系數的標準差；42:根據獲 得的特征稀疏表示系數確定出遠距離激光測距回波發生時刻，從而識別出回波。
【附圖說明】
[0012] 為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進 一步的詳細描述，其中：
[0013] 圖1為基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別流程圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0015] 圖1為本發明所述方法的流程圖，本方法包括以下步驟：
[0016] Sl:測得近距離的激光回波信號，并計算該信號的最優小波基底，具體步驟如下：
[0017] Sll:近距離測得激光回波信號記為y(t);
[0018] S12 :建立小波庫?，將所述小波庫?進行參數化表示，記為? = {步（f，LT，t)}。其中f、G、T和t分別表示對應的頻率、衰減因子、延時參數和時間 參數，參數f、G和T可以在預設定的范圍內離散的取值，該預設定的范圍可以根據先驗 知識來確定。針對遠距離激光測距回波信號識別，選定小波庫為Morlet小波，其表達式為
【主權項】
1. 一種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一：測得近距離的激光回波信號，并計算該信號的最優小波基底； 步驟二：對最優小波基底進行擴充，構造出最優小波原子庫； 步驟三：將快速傅里葉變換算法與OMP算法結合，對遠距離激光回波信號稀疏分解，得 到回波信號的稀疏表示； 步驟四：對稀疏表示系數取閾值，獲得特征稀疏表示系數，根據特征稀疏表示系數確定 出回波發生的時刻，從而識別出回波。
2. 根據權利要求1所述的一種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別方法，其 特征是所述步驟1具體包括以下步驟:建立小波庫，所述小波庫為一組小波原子的集 合；12 :計算近距離激光測距回波信號與所述小波庫中小波原子的相似度；13 :將與近距離 激光測距回波信號相似程度最高的小波原子確定為最優小波基底。
3. 根據根據權利要求1所述的一種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別方 法，其特征是所述步驟2具體包括以下步驟：21 :所述最優小波基底為(f，e，T，t)，其中 f、G、T和t分別表示對應的頻率、衰減因子、延時參數和時間參數；22 :以預設采樣頻率為 延時間隔，按不同時移進行擴充，構造出行表示不同時間參數，列表示不同延時參數的最 優小波原子庫。
4. 根據根據權利要求1所述的一種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別方 法，其特征是所述步驟3具體包括以下步驟：31 :利用FFT實現遠距離激光測距回波信號稀 疏分解，從而得到描述該信號特征的一系列原子參數；32 :采用OMP算法得到信號在各個 已選原子上的分量和殘差分量，然后對殘差分量進行分解得到該信號的稀疏表示。
5. 根據根據權利要求1所述的一種基于稀疏表示的遠距離激光測距回波信號識別方 法，其特征是所述步驟4具體包括以下步驟：41 :根據3 〇準則，對所述稀疏表示系數取閾 值，獲得特征稀疏表示系數，其中所述〇為所述稀疏表示系數的標準差；42:根據獲得的 特征稀疏表示系數確定出遠距離激光測距回波發生時刻，從而識別出回波。
【專利摘要】該發明提供了一種基于稀疏表示遠距離激光測距回波信號識別方法，旨在將稀疏分解算法應用在遠距離激光測距領域。具體方法步驟如下：一、測得近距離的激光回波信號，并計算該回波信號的最優小波基底。二、對最優小波基底進行擴充，構造出最優小波原子庫。三、將快速傅里葉變換算法與OMP算法結合，對遠距離激光回波信號稀疏分解，得到回波信號的稀疏表示。四、對稀疏表示系數取閾值，獲得特征稀疏表示系數，根據特征稀疏表示系數確定出回波發生的時刻，從而識別出回波。
【IPC分類】G01S17-08, G01S7-487
【公開號】CN104793213
【申請號】CN201510137929
【發明人】屈劍鋒, 柴毅, 陳軍, 譚云月, 劉學麗
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月27日