激光雷达回波特性文献综述
周时豪
（南京理工大学理学院 江苏南京 210018）
摘要：本文对针对研究激光雷达回波特性的相关文献进行了分类、概括和总结，对激光雷达回波探测、仿真、激光雷达回波模型构建等方面进行了调研，总结了一些实现针对激光雷达回波特性研究的方法。
关键词：激光雷达；回波；全波形；散射
- 引言
激光雷达有独特的给出物体的强度和完整的三维图像的能力。多普勒激光雷达可以给出物体的速度和振动特性。这些系统具有许多民用和军用应用，例如地形建模、深度探测、物体检测和分类以及物体定位。为了从物体获得信号波形，必须考虑激光脉冲时间特性、介质效应，例如大气衰减和湍流效应或散射特性、目标形状和反射(BRDF)、散斑噪声以及接收器和背景噪声。最后是波形处理的类型(峰值检测、前沿等)来模拟要与观测值进行比较的传感器输出。
- 激光雷达回波数据分析与建模
最初的商用机载扫描仪只记录一个反向散射脉冲的时间，由于激光脉冲的传播路径中可能有多个物体产生的多重回波。随着技术的进步，先进的测量系统能够测量第一个和最后一个脉冲，有些能够测量多达五个脉冲。然后用脉冲检测来确定这些单个散射体的位置。文讨论了物理测量的过程，并解释了分布式目标如何转换发射脉冲的物理概念，进一步讨论了利用全波形激光扫描仪未来研发工作的一些问题。文结合飞行时间测距原理,推导了恒阈值和峰值探测两种信号鉴别方式下测距数据的概率密度分布,得到的解析解分别为噪声统计分布与脉冲回波一阶导数的乘积和微分噪声统计分布与脉冲回波二阶导数的乘积,建立了测距数据概率密度分布与脉冲回波波形和噪声分布的依赖关系。
全波形激光雷达能够数字化和记录反向散射信号回波的整个波形。因此，除了距离测量之外，衍射锥中包括的物体的进一步物理特性可以通过对反向散射波形的分析来导出。由于激光雷达数据的全波形信息丰富，全波形分析有助于提高脉冲检测的可靠性、准确性和分辨率，已成为激光雷达研究的一个活跃领域。
波形数据分解是波形数据分析的关键步骤，可分为：高斯建模方法;脉搏检测方法，两种经典方法。B. Jutzi提出了一种迭代估计算法（高斯-牛顿法,利用高斯函数对原始波形进行参数描述，探索了以距离、粗糙度和反射率形式分析每个反向散射脉冲的表面特征波形的能力。但高斯建模方法十分依赖于初始参数。在文中，介绍了一种快速算法—渐进波形分解（PWD法来提取局部最大值，并从原始波形数据中计算其他数据。这种方法将波形分解为n个分量的总和，即：
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