* * 工 学 院
毕业设计说明书（文）
作 者
**
学 号：
1151302117
学 院
专 业
通信工程
题 目
基激光雷达回波降噪方法应研究
指导者：
(姓 名) (专业技术职务)
评阅者：
(姓 名) (专业技术职务)
2019
年
6
月
毕业设计说明书（文）中文摘
实际应方面激光雷达系统技术军事民早已暂露头角目前高科技技术领域热度居高进步提高激光雷达探测精度噪声处理关重年系列噪技术广泛应波变换稳定特性逐步成研究热点文基该点研究波变换脉激光雷达回波信号噪处理特性时着重研究波噪原理相关阈值量处理程MATLAB建立仿真回波信号模型通wdenwdencmp函数信号进行噪压缩实验结果显示选取方法波形恢复信噪较结果
关键词 激光雷达波噪阈值量化信噪
毕业设计说明书（文）外文摘
Title Application Research of Laser Radar Echo Denoising Method
Abstract
In practical applications Lidar system technology has long been in the military and civilian use and the current hightech technology field is still hot In order to further improve the detection accuracy of the laser radar it is crucial for the processing of noise In recent years a series of denoising techniques have been widely used and wavelet transform has gradually become a research hotspot due to its stable characteristics Based on this argument this paper studies the characteristics of wavelet transform in the denoising processing of pulsed laser radar echo signals At the same time it focuses on the principle of wavelet denoising and the processing of related threshold quantities The model of simulated echo signals is established in MATLAB and the signals are denoised and compressed by wden and wdencmp functions The experimental results show that the method we selected has good results in waveform recovery and signaltonoise ratio
Keywords Lidar Wavelet denoising Threshold quantization Signal to noise ratio
目 录
1 绪 1
1．1 选题背景 1
1．2 国外研究现状 2
1．3 选题目意义 3
1．4 文章容结构 4
2 行性研究需求分析 4
2．1 行性研究 5
2．2 需求分析 5
3 激光雷达回波噪基础理 6
3．1 激光雷达系统 6
3．2 波噪基础理 7
4 激光雷达回波实验分析设计 8
41 wdenwdencmp函数分析 8
41 实验设计 9
结 15
致 谢 16
参 考 文 献 17
1 绪
1．1 选题背景
激光雷达系统中激光系统载波调制模式调频连续波者窄形脉样系统称激光雷达系统激光雷达中传输信号承载力样化目标信息中包括距离点等相关信息相关制导形探测等重领域起关键性作军事领域般传统激光雷达系统应方面军事功般远距离探测成激光器探测器等相关技术突飞猛进激光雷达系统成性问题获较拓展应范围逐步拓展雷导弹等规模武器遥感探测航天飞行器逐步应激光雷达技术
激光雷达工作光频波段雷达首先通光频波段电磁波目标发射出探测信号然接收波信号发射信号间作较获目标关类信息例：距离方位高度运动状态等相关信息进步实现飞机导弹等目标探测踪识[1]
然实际探测中素够激光雷达系统性产生影响中包括：气层激光吸收散射信号处理技术相关电路系统设计气湍流影响等素信号传输产生定程度影响针述问题素已前种素产生问题进行量研究改进针激光雷达回波信号处理方面研究技术开发较少激光雷达回波系统相关研究中加入先进信号处理技术目标信号中必噪声提取出需目标信息促进激光雷达技术完善相干领域信号检测方面发挥巨积极作
1．2 国外研究现状
伴着科学技术信号处理技术突飞猛进年国外雷达技术研究提出更高需求例：雷达信号系统处理速度存储力系统移植性系统设备间传输连接力信号处理技术灵活精确抗干扰速度块性价高等优点研究雷达信号传统设备已逐步退出历史舞台时模拟信号处理技术应发展正飞速占领着领域激光雷达系统数处理力进步增强数传输分析进步提高速度基础系统性指标定程度提升
目前国外已研究出许先进方法例卡尔曼滤波获佳估计值匹配滤波系统输出信噪维纳滤波够输出均方差检测信号相关检测技术利信号时间相关性波变换光子计数技术取样积分器利信号步积累等[2]
年国领域中许关波变换噪研究中针阈值噪方法相关研究阈值噪方法适应性较强实现方法较简单基样特点逐渐阈值噪方法已成目前国外广泛推崇研究方法基阈值噪研究方法伴着技术发展断深入
2006年1月雷达信号检测波变换理联系起分理述雷达信号检测中常4类（阈值消噪法奇异值检测相关性检测量积累法）波噪方法进行相应性分析[3]
2006年8月更解决已发现硬阈值软阈值波噪算法存问题李玉凤芹等构造出新阈值函数利仿真实验结果表明软硬阈值噪方法相较构造新阈值函数够较均方误差信噪定程度提高噪信号原始信号较相似
波阈值噪方法研究中秦亚辉冯景辉等做进步改进基波变换噪等相关理 基础设计实现四种适应阈值量化处理规进行相关实验测试工作语音信号测试例利Matlab进行仿真利四种相适应阈值规进行实验结果显示波变换定程度够效噪声够原始信号中突变信息保留
斯坦福学Donoho首成立专门研究信号噪方法学会中信号噪硬阈值方法软阈值方法DonohoJohnstone等提出推导出计算通阈值公式理证明该阈值优[21]关软硬阈值噪方法研究GaoBruceDonoho进步进行相关推广基础提出Semisoft阈值方法通收缩函数特性研究推导出阈值时出关阈值估计偏差方差等相关公式[20]
1999年Nowak等针光子图系统方面问题提出波变换滤波算法该系统算法中数噪声作Poisson噪声种噪声特点具备分布致性方差取决信号强度然前提出波噪关系算法通常针Gassian噪声Poisson噪声效针样问题Nowak进行相关改进提出PRESS优非线性波滤波方法种方法利图局部区域PRESS滤波器进行相关参数调整事实证明Nowak提出种算法框架实介两者间种方法99年Husung等提出种检测噪算法算法针奇异性检测原理Mallat提出算法相通锥形影响域相关模值信号局部正性进行相关估计实验标明该方法噪声初始信息赖N维图推广较容易
1．3 选题目意义
着激光器雷达技术发展进步激光雷达—种光学遥感设备产生广泛应气边界层臭氧层浓度流层风等方面探测高时空监测范围激光雷达分辨率高范围广着激光雷达相关技术拓展气物理素气中相关成分浓度检测性独处日渐凸显然气遥感探测技术相较言激光雷达系统样探测方面局限性雷达回波信号强度伴着距离增强会剧烈衰减气中存着背景辐射噪声探测系统身具相关电流噪声等会雷达系统反馈信号带定污染提取回波信号中微弱效信号带困难提高探测准确性扩探测范围关键进步提高回波信号准确率信噪便关键处
现实中探测中激光雷达体系中散射回波信号两者间距离方增加成反时激光雷达系统中存种样噪声外部环境中存背景光影响回波信号容易关噪声淹没进步会导致法提取效目标信息关噪声情况化目标信息研究关键处
1．4 文章容结构
文研究课题理想情况雷达发射信号进行噪通系统中噪声进行相关分析针相关情况Matlab设计搭建合理模型理想回波模型进行噪处理通原始信号噪提取信号进行进步进行相干分析
第章述文写作出发点立足点着重分析讨文实现目意义分析讨国外激光雷达方研究现状解国外关激光雷达发展状况目前已存相关技术
第二章着重分析该项目研究行性相关需求分析
第三章介绍关波噪相关理通波变换时代背景定义详细介绍信号噪基础原波噪相关程二基问题针波基函数选取提出相关求
第四章述激光雷达系统中关回波信号噪方法理相关研究首先分析系统中相关回波噪声特性进行定性分析次通Matlab工具该模型进行仿真实现波噪方法实验仿真结果进行相关分析
2 行性研究需求分析
2．1 行性研究
Matlab性功较强传统激光雷达信号检测仪器相较说Matlab计算相关矩阵科学数视化数值分析非线性动态系统建模仿真等方面已远远超出传统编辑模式已程度摆脱传统非交互式程序设计编辑模式
Matlab高效数值计算够帮助户摆脱繁杂数学运算强功丰富工具箱实工具够户提供便利处时Matlab图形处理功较强够根计算结果实现视化户交互性十分强
Matlab软件实相关网站相应破解版较传统做回波噪仪器Matlab济廉价功强
2．2 需求分析
激光雷达系统蕴含技术涵盖两块：传统雷达技术二涵盖现代激光技术50年激光雷达技术简单激光测距技术开始逐步发展激光踪激光测速激光扫描成激光普勒成等技术陆续开发途激光雷达激光雷达成类具种功系统广泛应[5]
前作种较流行易实现信号处理技术波变换前国际认力度较高公认性较强前言科技技术目前信号处理技术广受欢迎热点课题激光雷达系统中回波信号进行处理时噪声目标信息区分开效噪声时化效信息激光雷达系统技术开发具积极长远推动作
3 激光雷达回波噪基础理
3．1 激光雷达系统
标准激光雷达部件组成中包括激光器发射系统接收系统光学系统信号处理系统显示系统7部件组成图31示
图31 激光雷达部件组成图
工作基原理：束指定功率激光束发射系统产生通气辐射传播等相关程激光束达目标位置目标接收激光束接收系统发射反回波接收系统接收回波相关信息输入信号处理系统中相关采集信息录入计算机中利信号处理技术提取需目标信息利相关软件程序分析目标信息精确度进步提高工作原理图32示
图32 工作原理
3．2 波噪基础理
通激光雷达获取数般含噪声般说产生噪声原般源获取数中程周围环境等相关素定会造成影响基样情况实际信号进行相关处理时需进行相关预处理排掉必影响素产生噪声降噪噪程中重环节
作年研究信号热点话题波分析源傅里叶分析波定义区域存波段限区域存非零值正弦函数余弦函数样没穷波根时间推移前移根需定例进行伸缩拉伸进形成低频高频段波通已构造完毕波函数滤波压缩信号里提取信息
321 波噪原理
波域性态表现信号噪声相具体指波系数数值变化尺度变化基础样尺度增时噪声幅值降速度会逐渐增加直衰减相反需真实信号系数幅值保持变波噪基原理方法利信号初始信息根信号噪声尺度变化差异性波域中利科学数学方式模型减噪声波系数保留需目标信息产生波系数根处理波系数复原原始信号时输出噪信号
Donoho提出波阈值噪方法采Mallat算法信号波变换噪声产生波系数较需真实信号变换波系数较通选取合适阈值够效区分噪声信号通保留拥较波系数信号者拥较波系数信号进行置零操作进达降噪噪目
关波噪相关原理信号处理学理角度波噪实质信号低通滤波问题波噪较传统低通滤波器优点够定程度保留原始信号特征波噪够实现信号进行特征提取够实现低通滤波功 流程图33示：
图33 波噪流程图
波变换基思想原始信号通伸缩移分解系列具空间分辨率频率特性方特性子带信号子带信号具良时域频域等局部特征[16]通提取局部特征信号时间频率进行相应局部分析波分析信噪较低信号检测具较强性
322 波噪程
包含噪声维信号表示：
中公式中含噪信号信号噪声噪声分布激光雷达系统中分布般高斯白噪声含噪信号中信号般低频信号噪声表现形式般高频信号[20]噪程般样：刚开始先信号进行波分解噪声信息表现形式高频低频信号通设定相关门限阈值等限定分解波系数进行相应筛选处理进筛选出需目标信息波系数利波系数信号进行重建进达噪目
高斯白噪声实际测验校程中稳低频信号般代表着需提取信息信号进行波分解处理时候噪声部分通常包含HLLHHH中图34示噪声信息作出应波系数处理进信号进行重构便达降噪噪目9
图34 波分解噪声分布
323 波噪基方法
般情况维信号噪处理三步骤进行：
（1） 维信号波分解：首先设定波分解层数N层分信号进行分解
（2） 阈值量化波分解中高频系数部分信号：筛选第1层第N层层中具高频系数信号选择确定阈值进行相关阈值量化处理
（3） 重新构建维波：量化处理选择拥高频系数拥低频系数信号进行信号重建
中进行波变换分解关键环节选择阈值选择量化处理程阈值坏选定影响原出信号Matlab中关层阈值选择策略提供适应方法软阈值量化硬阈值量化目前常见两种方法图35两者量化处理区处
图35 硬软阈值量化处理区
图示硬阈值量化处理结果软阈值量化处理结果分位图左右两侧针图出硬阈值保留信号边缘局部特征软阈值程中相滑会造成失真模糊等果问题
324 波阈值噪基问题
波基函数选择阈值函数选择阈值选择进行波噪问题三基方面
（1） 波基函数选择：傅里叶变换基础针波分析中常常波基函数唯般情况波基函数问题进行波分析结果求作选择波基函数标准：
● 正交性源数学分析相关工程应提出相关求正交性体现波基函数微信
● 紧支性紧支性够保证着时间尺度增加局部特征够保留样便算法构建实现评价波否优良两性质：紧支性衰减性总说波局部特性坏紧支宽度者降衰减速度
● 称性滤波特性否具线性特征判断波否称重标准波称性失真问题紧密联系起
● 滑性波滑影响频率分辨率高低
● 失性矩阵阶数失性矩阵作成波基函数收敛率（逼某信号）波时间尺度求具紧支性衰减性求窄紧支性快衰减性样波变换信号具较高高频细节力
实际应处理中符合述性质波般存满足称性波Haar波高失性矩阵紧支性相矛盾般波选取般选取具紧支性波者根实际信号特征选取适合波基函数
（2） 阈值选择：噪效果坏直接影响素阈值选取选取阈值范围噪效果会样目前通阀值（VisuShrink）SureShrink阀值Minimax阀值BayesShrink阀值等[7]
（3） 阀值函数选择：阈值函数选择波系数修正准
外SNR（信噪）者均方根误差评判方法噪程度坏
4 激光雷达回波实验分析设计
实验设计分析通wden函数wdencmp函数两函数实现波噪wden函数功初始信号进行降噪处理wdencmp函数通波系数进行相应阈值量化处理功维者二维信号进行降噪压缩操作
41 wdenwdencmp函数分析
Matlab中针阈值噪问题函数wdenwdencmpwthreshwthcoefwpthcoef等针wdenwdencmp两函数进行相关分析
关wden函数调格式两种：
（1） [XDCXDLXD]wden(XTPTRSORHSCALN’wname’)
（2） [XDCXDLXD]wden(CXTPTRSORHSCALN’wname’)
中X原始信号[CL]信号波分解N波分解层数TPTR限制阈值选择规般四种：Stein偏似然估计启发式阈值选择通阈值极极值lSORH代表软阈值硬阈值选择信号进行消噪信号XD消噪信号进行波分解结构[CXDLXD]表示[8]
函数wdencmp调格式两种：
(1) [XCCXCLXCPERFOPERFL2]wdencmp(’gbl’X’wname’NTHRSORHKEEPAPP)
(2) [XCCXCLXCPERFOPERFL2]wdencmp(’lvd’X’wname’NTHRSORH)
(3) [XCCXCLXCPERFOPERFL2]wdencmp(’lvd’CL’wname’NTHRSORH)
中gbl含义表示函数1N层量化处理程中lvdgbl相反函数N代表波分解层数THR代表阈值量参数KEEPAPP赋值1时相关低频系数进行阈值量化相反赋值0时进行阈值量化
41 实验设计
波分析阈值处理般列三种方法：
（1） 默认阀值消噪处理该方法通ddencmpwdencmp两函数实现先生成初始阈值进行相关消噪压缩操作
（2） 定阀值消噪处理实际信号进行消噪程中通先验公式够获取相应阈值种情况设定阈值默认设置阈值稳定性量化处理程中通wthresh函数实现
（3） 强制消噪处理首先通波分解原始信号波系数区分开高频段系数全部清零然剩信号进行重构种方法快实现噪效率较快简洁易懂噪信号信息损失较高
实验设计首先设置信噪机种子相关参数原始信号添加标准高斯白噪声信号波分解高频系数需利sym8函数X进行5层分解交SURE软阈值层噪声进行噪层噪声标准差进行次单层估计表算法中相关参数设置
表41 参数设置
42 实验结果
图42原始输入信号添加标准高斯白噪声信号截图
图42 输入信号（含噪声）
图43降噪阈值量化处理相关结果
图43 相关结果
结
着科技发展信号处理技术变革追求信息高原度低损失率信号处理相关理提出更高求中较重突变信号非稳信号处理已逐渐成研究雷达信号处理技术关键环波变化具傅里叶方法优点时具短时傅里叶变换良局域性信号处理应数学方面已成研究热点逐步成雷达技术发展关键处文针激光雷达传输程中产生噪声进行相关定性分析相关仿真信号进行波噪处理通Matlab仿真实现激光雷达含噪信号噪阈值量化问题研究
实际生活中存更干扰素影响激光雷达信号准确信息率便研究实际应带更更高挑战更提高信噪定程度维持信号滑步研究精确度研究波噪相关方法通种目前流波噪方法进深入研究探索更优秀噪方法阈值量化处理程
致 谢
首先非常感激学校毕业年组织样次考核次毕业文创作中充分认识水四年学状况常课程中绝听懂亲手实践次数通次组织毕业文设计深刻意识实践掌握门技术效快捷方法时整文编写程中进步四年学感更加深刻认识二学知识回顾程解决部分前问题拾起前丢掉部分技术关键坚定现生目标指引生方工作考研相信学必定帮助
次特感谢指导老师毕业设计时非常认真负责指导文开始选题整体框架细节方面修改指导老师非常重意见老师会明确文进度时交流意见改善拖延症教会实际应技术时发现问题解决问题力提升明显感受专业力提升
参 考 文 献
1 伯广宇刘东王邦新等探测云气溶胶机载双波长偏振激光雷达[J]中国激光201239(10)1014002
2 涛侯鲁健吕波等激光雷达探测反演PM25浓度精度研究[J]中国激光201340(1)0113001
3 施建中曹念文南京北郊流层气溶胶激光雷达观测[J]激光光电子学进展201249(10)100101
4 孙景群激光气探测[M]北京科学出版社1986263
5 万福马锐蔡敏种脉激光雷达回波信号适应处理[J]雷达抗201030(1)2729
6 钟萍丁晓利郑伟CVVF方法GPS路径效应研究[J]测绘学报200534(2)161167
7 黄文清戴瑜兴李加升基crossvalidation波适应降噪方法[J]湖南学学服(然科学版)200835(11)4043
8 张毅坤麻晓畅华灯鑫基EMDDISPOMie散射激光雷达回波信号降噪方法研究[J]光谱学光谱分析201131(11)29962999
9 李岳生齐东旭样条函数方法[M]北京科学出版社1979
10 钟萍丁晓利郑伟等种基交叉证认技术适应波变换极削减GPS路径误差中应[J]测绘学报200736(3)279285
11 罗飞雪戴吾蛟伍锡锈基交叉证认EMD滤波GPS路径效应中应[J]武汉学学报(信息科学版)201237(4)450453
12 汤宝刘文艺蒋永华基交叉验证法优化参数Morlet波消噪方法[J]重庆学学报201033(1)16
13 郑发泰华灯鑫周阿维Mie散射激光雷达气回波信号验模式分解算法研究应[J]中国激光200936(5)
14 毛建东华灯鑫王玉峰等．基波包分析激光雷达信号消噪算法研究［J］．中国激光201138(2)220227．
15 陈金令 激光雷达回波信号分析检测方法研究[J] 2007
16 戴璨 梁冬冬 王元庆等 基EMDFFT激光雷达回波噪算法[J] 电子器件 2015(6)13521355
17 吕立蕾 龚威 宋沙磊等 物反射率探测激光雷达回波信号波噪[J] 武汉学学报(信息科学版) 2011 36(1)5659
18 Liu Z D Liu J G YiHuai L U et al Denoising Lidar Signal Based on EMD Method[J] OptoElectronic Engineering 2008 35(6)7983
19 龚威 李俊 毛飞跃 et al Comparison of simultaneous signals obtained from a dualfieldofview lidar and its application to noise reduction based on empirical mode decomposition[J] Chinese Optics Letters 2011 9(5)14
20 Zhang Y K Ma X C Hua D X et al An EMDbased denoising method for lidar signal[C] International Congress on Image & Signal Processing IEEE 2010
21 Dong Z Zhang R Zhang W et al Noise Features in Streak Tube Lidar Echo Signal[J] Acta Optica Sinica 2016 36(9)0928001
22 Jia Y Lidar echo characteristics analysis for stepped terrain[J] Proc Spie 2013 875955
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毕业设计说明书（文）
作 者
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学 号：
1151302117
学 院
专 业
通信工程
题 目
基激光雷达回波降噪方法应研究
指导者：
(姓 名) (专业技术职务)
评阅者：
(姓 名) (专业技术职务)
2019
年
6
月
毕业设计说明书（文）中文摘
实际应方面激光雷达系统技术军事民早已暂露头角目前高科技技术领域热度居高进步提高激光雷达探测精度噪声处理关重年系列噪技术广泛应波变换稳定特性逐步成研究热点文基该点研究波变换脉激光雷达回波信号噪处理特性时着重研究波噪原理相关阈值量处理程MATLAB建立仿真回波信号模型通wdenwdencmp函数信号进行噪压缩实验结果显示选取方法波形恢复信噪较结果
关键词 激光雷达波噪阈值量化信噪
毕业设计说明书（文）外文摘
Title Application Research of Laser Radar Echo Denoising Method
Abstract
In practical applications Lidar system technology has long been in the military and civilian use and the current hightech technology field is still hot In order to further improve the detection accuracy of the laser radar it is crucial for the processing of noise In recent years a series of denoising techniques have been widely used and wavelet transform has gradually become a research hotspot due to its stable characteristics Based on this argument this paper studies the characteristics of wavelet transform in the denoising processing of pulsed laser radar echo signals At the same time it focuses on the principle of wavelet denoising and the processing of related threshold quantities The model of simulated echo signals is established in MATLAB and the signals are denoised and compressed by wden and wdencmp functions The experimental results show that the method we selected has good results in waveform recovery and signaltonoise ratio
Keywords Lidar Wavelet denoising Threshold quantization Signal to noise ratio
目 录
1 绪 1
1．1 选题背景 1
1．2 国外研究现状 2
1．3 选题目意义 3
1．4 文章容结构 4
2 行性研究需求分析 4
2．1 行性研究 5
2．2 需求分析 5
3 激光雷达回波噪基础理 6
3．1 激光雷达系统 6
3．2 波噪基础理 7
4 激光雷达回波实验分析设计 8
41 wdenwdencmp函数分析 8
41 实验设计 9
结 15
致 谢 16
参 考 文 献 17
1 绪
1．1 选题背景
激光雷达系统中激光系统载波调制模式调频连续波者窄形脉样系统称激光雷达系统激光雷达中传输信号承载力样化目标信息中包括距离点等相关信息相关制导形探测等重领域起关键性作军事领域般传统激光雷达系统应方面军事功般远距离探测成激光器探测器等相关技术突飞猛进激光雷达系统成性问题获较拓展应范围逐步拓展雷导弹等规模武器遥感探测航天飞行器逐步应激光雷达技术
激光雷达工作光频波段雷达首先通光频波段电磁波目标发射出探测信号然接收波信号发射信号间作较获目标关类信息例：距离方位高度运动状态等相关信息进步实现飞机导弹等目标探测踪识[1]
然实际探测中素够激光雷达系统性产生影响中包括：气层激光吸收散射信号处理技术相关电路系统设计气湍流影响等素信号传输产生定程度影响针述问题素已前种素产生问题进行量研究改进针激光雷达回波信号处理方面研究技术开发较少激光雷达回波系统相关研究中加入先进信号处理技术目标信号中必噪声提取出需目标信息促进激光雷达技术完善相干领域信号检测方面发挥巨积极作
1．2 国外研究现状
伴着科学技术信号处理技术突飞猛进年国外雷达技术研究提出更高需求例：雷达信号系统处理速度存储力系统移植性系统设备间传输连接力信号处理技术灵活精确抗干扰速度块性价高等优点研究雷达信号传统设备已逐步退出历史舞台时模拟信号处理技术应发展正飞速占领着领域激光雷达系统数处理力进步增强数传输分析进步提高速度基础系统性指标定程度提升
目前国外已研究出许先进方法例卡尔曼滤波获佳估计值匹配滤波系统输出信噪维纳滤波够输出均方差检测信号相关检测技术利信号时间相关性波变换光子计数技术取样积分器利信号步积累等[2]
年国领域中许关波变换噪研究中针阈值噪方法相关研究阈值噪方法适应性较强实现方法较简单基样特点逐渐阈值噪方法已成目前国外广泛推崇研究方法基阈值噪研究方法伴着技术发展断深入
2006年1月雷达信号检测波变换理联系起分理述雷达信号检测中常4类（阈值消噪法奇异值检测相关性检测量积累法）波噪方法进行相应性分析[3]
2006年8月更解决已发现硬阈值软阈值波噪算法存问题李玉凤芹等构造出新阈值函数利仿真实验结果表明软硬阈值噪方法相较构造新阈值函数够较均方误差信噪定程度提高噪信号原始信号较相似
波阈值噪方法研究中秦亚辉冯景辉等做进步改进基波变换噪等相关理 基础设计实现四种适应阈值量化处理规进行相关实验测试工作语音信号测试例利Matlab进行仿真利四种相适应阈值规进行实验结果显示波变换定程度够效噪声够原始信号中突变信息保留
斯坦福学Donoho首成立专门研究信号噪方法学会中信号噪硬阈值方法软阈值方法DonohoJohnstone等提出推导出计算通阈值公式理证明该阈值优[21]关软硬阈值噪方法研究GaoBruceDonoho进步进行相关推广基础提出Semisoft阈值方法通收缩函数特性研究推导出阈值时出关阈值估计偏差方差等相关公式[20]
1999年Nowak等针光子图系统方面问题提出波变换滤波算法该系统算法中数噪声作Poisson噪声种噪声特点具备分布致性方差取决信号强度然前提出波噪关系算法通常针Gassian噪声Poisson噪声效针样问题Nowak进行相关改进提出PRESS优非线性波滤波方法种方法利图局部区域PRESS滤波器进行相关参数调整事实证明Nowak提出种算法框架实介两者间种方法99年Husung等提出种检测噪算法算法针奇异性检测原理Mallat提出算法相通锥形影响域相关模值信号局部正性进行相关估计实验标明该方法噪声初始信息赖N维图推广较容易
1．3 选题目意义
着激光器雷达技术发展进步激光雷达—种光学遥感设备产生广泛应气边界层臭氧层浓度流层风等方面探测高时空监测范围激光雷达分辨率高范围广着激光雷达相关技术拓展气物理素气中相关成分浓度检测性独处日渐凸显然气遥感探测技术相较言激光雷达系统样探测方面局限性雷达回波信号强度伴着距离增强会剧烈衰减气中存着背景辐射噪声探测系统身具相关电流噪声等会雷达系统反馈信号带定污染提取回波信号中微弱效信号带困难提高探测准确性扩探测范围关键进步提高回波信号准确率信噪便关键处
现实中探测中激光雷达体系中散射回波信号两者间距离方增加成反时激光雷达系统中存种样噪声外部环境中存背景光影响回波信号容易关噪声淹没进步会导致法提取效目标信息关噪声情况化目标信息研究关键处
1．4 文章容结构
文研究课题理想情况雷达发射信号进行噪通系统中噪声进行相关分析针相关情况Matlab设计搭建合理模型理想回波模型进行噪处理通原始信号噪提取信号进行进步进行相干分析
第章述文写作出发点立足点着重分析讨文实现目意义分析讨国外激光雷达方研究现状解国外关激光雷达发展状况目前已存相关技术
第二章着重分析该项目研究行性相关需求分析
第三章介绍关波噪相关理通波变换时代背景定义详细介绍信号噪基础原波噪相关程二基问题针波基函数选取提出相关求
第四章述激光雷达系统中关回波信号噪方法理相关研究首先分析系统中相关回波噪声特性进行定性分析次通Matlab工具该模型进行仿真实现波噪方法实验仿真结果进行相关分析
2 行性研究需求分析
2．1 行性研究
Matlab性功较强传统激光雷达信号检测仪器相较说Matlab计算相关矩阵科学数视化数值分析非线性动态系统建模仿真等方面已远远超出传统编辑模式已程度摆脱传统非交互式程序设计编辑模式
Matlab高效数值计算够帮助户摆脱繁杂数学运算强功丰富工具箱实工具够户提供便利处时Matlab图形处理功较强够根计算结果实现视化户交互性十分强
Matlab软件实相关网站相应破解版较传统做回波噪仪器Matlab济廉价功强
2．2 需求分析
激光雷达系统蕴含技术涵盖两块：传统雷达技术二涵盖现代激光技术50年激光雷达技术简单激光测距技术开始逐步发展激光踪激光测速激光扫描成激光普勒成等技术陆续开发途激光雷达激光雷达成类具种功系统广泛应[5]
前作种较流行易实现信号处理技术波变换前国际认力度较高公认性较强前言科技技术目前信号处理技术广受欢迎热点课题激光雷达系统中回波信号进行处理时噪声目标信息区分开效噪声时化效信息激光雷达系统技术开发具积极长远推动作
3 激光雷达回波噪基础理
3．1 激光雷达系统
标准激光雷达部件组成中包括激光器发射系统接收系统光学系统信号处理系统显示系统7部件组成图31示
图31 激光雷达部件组成图
工作基原理：束指定功率激光束发射系统产生通气辐射传播等相关程激光束达目标位置目标接收激光束接收系统发射反回波接收系统接收回波相关信息输入信号处理系统中相关采集信息录入计算机中利信号处理技术提取需目标信息利相关软件程序分析目标信息精确度进步提高工作原理图32示
图32 工作原理
3．2 波噪基础理
通激光雷达获取数般含噪声般说产生噪声原般源获取数中程周围环境等相关素定会造成影响基样情况实际信号进行相关处理时需进行相关预处理排掉必影响素产生噪声降噪噪程中重环节
作年研究信号热点话题波分析源傅里叶分析波定义区域存波段限区域存非零值正弦函数余弦函数样没穷波根时间推移前移根需定例进行伸缩拉伸进形成低频高频段波通已构造完毕波函数滤波压缩信号里提取信息
321 波噪原理
波域性态表现信号噪声相具体指波系数数值变化尺度变化基础样尺度增时噪声幅值降速度会逐渐增加直衰减相反需真实信号系数幅值保持变波噪基原理方法利信号初始信息根信号噪声尺度变化差异性波域中利科学数学方式模型减噪声波系数保留需目标信息产生波系数根处理波系数复原原始信号时输出噪信号
Donoho提出波阈值噪方法采Mallat算法信号波变换噪声产生波系数较需真实信号变换波系数较通选取合适阈值够效区分噪声信号通保留拥较波系数信号者拥较波系数信号进行置零操作进达降噪噪目
关波噪相关原理信号处理学理角度波噪实质信号低通滤波问题波噪较传统低通滤波器优点够定程度保留原始信号特征波噪够实现信号进行特征提取够实现低通滤波功 流程图33示：
图33 波噪流程图
波变换基思想原始信号通伸缩移分解系列具空间分辨率频率特性方特性子带信号子带信号具良时域频域等局部特征[16]通提取局部特征信号时间频率进行相应局部分析波分析信噪较低信号检测具较强性
322 波噪程
包含噪声维信号表示：
中公式中含噪信号信号噪声噪声分布激光雷达系统中分布般高斯白噪声含噪信号中信号般低频信号噪声表现形式般高频信号[20]噪程般样：刚开始先信号进行波分解噪声信息表现形式高频低频信号通设定相关门限阈值等限定分解波系数进行相应筛选处理进筛选出需目标信息波系数利波系数信号进行重建进达噪目
高斯白噪声实际测验校程中稳低频信号般代表着需提取信息信号进行波分解处理时候噪声部分通常包含HLLHHH中图34示噪声信息作出应波系数处理进信号进行重构便达降噪噪目9
图34 波分解噪声分布
323 波噪基方法
般情况维信号噪处理三步骤进行：
（1） 维信号波分解：首先设定波分解层数N层分信号进行分解
（2） 阈值量化波分解中高频系数部分信号：筛选第1层第N层层中具高频系数信号选择确定阈值进行相关阈值量化处理
（3） 重新构建维波：量化处理选择拥高频系数拥低频系数信号进行信号重建
中进行波变换分解关键环节选择阈值选择量化处理程阈值坏选定影响原出信号Matlab中关层阈值选择策略提供适应方法软阈值量化硬阈值量化目前常见两种方法图35两者量化处理区处
图35 硬软阈值量化处理区
图示硬阈值量化处理结果软阈值量化处理结果分位图左右两侧针图出硬阈值保留信号边缘局部特征软阈值程中相滑会造成失真模糊等果问题
324 波阈值噪基问题
波基函数选择阈值函数选择阈值选择进行波噪问题三基方面
（1） 波基函数选择：傅里叶变换基础针波分析中常常波基函数唯般情况波基函数问题进行波分析结果求作选择波基函数标准：
● 正交性源数学分析相关工程应提出相关求正交性体现波基函数微信
● 紧支性紧支性够保证着时间尺度增加局部特征够保留样便算法构建实现评价波否优良两性质：紧支性衰减性总说波局部特性坏紧支宽度者降衰减速度
● 称性滤波特性否具线性特征判断波否称重标准波称性失真问题紧密联系起
● 滑性波滑影响频率分辨率高低
● 失性矩阵阶数失性矩阵作成波基函数收敛率（逼某信号）波时间尺度求具紧支性衰减性求窄紧支性快衰减性样波变换信号具较高高频细节力
实际应处理中符合述性质波般存满足称性波Haar波高失性矩阵紧支性相矛盾般波选取般选取具紧支性波者根实际信号特征选取适合波基函数
（2） 阈值选择：噪效果坏直接影响素阈值选取选取阈值范围噪效果会样目前通阀值（VisuShrink）SureShrink阀值Minimax阀值BayesShrink阀值等[7]
（3） 阀值函数选择：阈值函数选择波系数修正准
外SNR（信噪）者均方根误差评判方法噪程度坏
4 激光雷达回波实验分析设计
实验设计分析通wden函数wdencmp函数两函数实现波噪wden函数功初始信号进行降噪处理wdencmp函数通波系数进行相应阈值量化处理功维者二维信号进行降噪压缩操作
41 wdenwdencmp函数分析
Matlab中针阈值噪问题函数wdenwdencmpwthreshwthcoefwpthcoef等针wdenwdencmp两函数进行相关分析
关wden函数调格式两种：
（1） [XDCXDLXD]wden(XTPTRSORHSCALN’wname’)
（2） [XDCXDLXD]wden(CXTPTRSORHSCALN’wname’)
中X原始信号[CL]信号波分解N波分解层数TPTR限制阈值选择规般四种：Stein偏似然估计启发式阈值选择通阈值极极值lSORH代表软阈值硬阈值选择信号进行消噪信号XD消噪信号进行波分解结构[CXDLXD]表示[8]
函数wdencmp调格式两种：
(1) [XCCXCLXCPERFOPERFL2]wdencmp(’gbl’X’wname’NTHRSORHKEEPAPP)
(2) [XCCXCLXCPERFOPERFL2]wdencmp(’lvd’X’wname’NTHRSORH)
(3) [XCCXCLXCPERFOPERFL2]wdencmp(’lvd’CL’wname’NTHRSORH)
中gbl含义表示函数1N层量化处理程中lvdgbl相反函数N代表波分解层数THR代表阈值量参数KEEPAPP赋值1时相关低频系数进行阈值量化相反赋值0时进行阈值量化
41 实验设计
波分析阈值处理般列三种方法：
（1） 默认阀值消噪处理该方法通ddencmpwdencmp两函数实现先生成初始阈值进行相关消噪压缩操作
（2） 定阀值消噪处理实际信号进行消噪程中通先验公式够获取相应阈值种情况设定阈值默认设置阈值稳定性量化处理程中通wthresh函数实现
（3） 强制消噪处理首先通波分解原始信号波系数区分开高频段系数全部清零然剩信号进行重构种方法快实现噪效率较快简洁易懂噪信号信息损失较高
实验设计首先设置信噪机种子相关参数原始信号添加标准高斯白噪声信号波分解高频系数需利sym8函数X进行5层分解交SURE软阈值层噪声进行噪层噪声标准差进行次单层估计表算法中相关参数设置
表41 参数设置
42 实验结果
图42原始输入信号添加标准高斯白噪声信号截图
图42 输入信号（含噪声）
图43降噪阈值量化处理相关结果
图43 相关结果
结
着科技发展信号处理技术变革追求信息高原度低损失率信号处理相关理提出更高求中较重突变信号非稳信号处理已逐渐成研究雷达信号处理技术关键环波变化具傅里叶方法优点时具短时傅里叶变换良局域性信号处理应数学方面已成研究热点逐步成雷达技术发展关键处文针激光雷达传输程中产生噪声进行相关定性分析相关仿真信号进行波噪处理通Matlab仿真实现激光雷达含噪信号噪阈值量化问题研究
实际生活中存更干扰素影响激光雷达信号准确信息率便研究实际应带更更高挑战更提高信噪定程度维持信号滑步研究精确度研究波噪相关方法通种目前流波噪方法进深入研究探索更优秀噪方法阈值量化处理程
致 谢
首先非常感激学校毕业年组织样次考核次毕业文创作中充分认识水四年学状况常课程中绝听懂亲手实践次数通次组织毕业文设计深刻意识实践掌握门技术效快捷方法时整文编写程中进步四年学感更加深刻认识二学知识回顾程解决部分前问题拾起前丢掉部分技术关键坚定现生目标指引生方工作考研相信学必定帮助
次特感谢指导老师毕业设计时非常认真负责指导文开始选题整体框架细节方面修改指导老师非常重意见老师会明确文进度时交流意见改善拖延症教会实际应技术时发现问题解决问题力提升明显感受专业力提升
参 考 文 献
1 伯广宇刘东王邦新等探测云气溶胶机载双波长偏振激光雷达[J]中国激光201239(10)1014002
2 涛侯鲁健吕波等激光雷达探测反演PM25浓度精度研究[J]中国激光201340(1)0113001
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11 罗飞雪戴吾蛟伍锡锈基交叉证认EMD滤波GPS路径效应中应[J]武汉学学报(信息科学版)201237(4)450453
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