成像激光雷達目標特征提取與識別方法研究.pdf

1、為了滿足未來戰(zhàn)場環(huán)境中偵察、監(jiān)視以及精確制導的需求，成像激光雷達的信息處理問題已經成為了國內外一個重要的研究方向。利用成像激光雷達數據識別目標是該領域需要解決的一個關鍵問題，也是一個極具挑戰(zhàn)性的難題。本文圍繞成像激光雷達的目標識別問題，開展了成像激光雷達仿真、目標姿態(tài)估計、局部形狀特征提取以及目標識別方法的研究。本文的主要工作和成果如下：
　?。?）開展了成像激光雷達的回波數據仿真方法的研究，提出了一種掃描型成像激光雷達仿真的加速

2、算法。首先研究了成像激光雷達仿真的基礎理論，建立盡可能全面真實地描述激光的發(fā)射、傳輸、與目標作用和接收過程的數學模型，在此基礎上仿真生成高逼真度的激光雷達目標圖像。重點針對掃描型成像激光雷達仿真中遇到的計算效率問題，建立了目標運動以及光束掃描的數學模型，并將傳統(tǒng)的光線—目標求交問題轉化為了求解不等式方程組的問題，然后通過對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—目標求交運算的次數，提高了仿真算法的運算效率，實驗結果表明，

3、本文提出的算法在保證仿真真實度的同時，大幅提高了計算效率。
　?。?）針對空間中彈頭目標姿態(tài)估計的問題，提出了一種基于三維點云數據的參數化估計方法。本文將彈頭形狀近似為圓錐狀，并推導出了描述此圓錐的數學模型。利用激光雷達得到的目標三維點云信息，通過優(yōu)化算法求解模型參數，從而獲得彈頭目標的形狀、姿態(tài)和位置信息。實驗結果表明，本文算法對點云的規(guī)模要求較低，在測距精度較高時，算法可以達到很好的參數估計性能。
　　（3）研究了局部形

4、狀特征性能的影響因素，基于球諧三維旋轉不變量構建了一種新的局部形狀特征提取方法。局部特征對局部參考坐標系（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重要因素，為了提高特征對噪聲和采樣的魯棒性，本文利用球諧三維旋轉不變量構造了一個局部形狀特征，并通過大量實驗確定了提取特征所需的參數。在不同模型庫、不同噪聲和分辨率下對本文提出的特征和經典特征進行比較，實驗結果表明該特征的性能較傳統(tǒng)特征有較大提升。為了驗證特征的目標識別能力