信息工程学部

近日，学部秦宗锋老师最新研究成果论文《星载激光雷达脉冲单模式回波测距阈值优化研究》在中文核心期刊《量子电子学报》上正式发表，武汉城市学院信息工程学部为该论文的第一单位，秦宗锋老师为该论文的第一作者，学部高宇琦老师为第二作者共同参与研究。

线性体制星载激光雷达接收波形分布与激光足印范围内被测目标的几何轮廓和辐射特征息息相关。目标被测和粗糙度等参数会导致接收波形发生展宽，其形态将偏离发射激光脉冲分布。各种不同类型的噪声如背景噪声、器件噪声和散斑噪声等，会叠加在接收波形上。这些因素成为影响星载激光雷达测距精度的主要误差源，如何消除这些因素的影响是决定星载激光雷达测距性能的关键。线性体制星载激光雷达一般采用全波形处理分析法和波形阈值法两种方式来获取激光测距值。全波形处理分析法是利用硬件系统采集并下传的全波形数据，通过全波形分解处理算法提取接收波形的时间重心，来计算得到高精度激光测距值。这种方式常应用于对地观测的线性体制激光雷达系统，其测距误差的理论模型相对较成熟，但是依赖硬件系统的数据采集能力和通信容量。

为改善这一难题，秦宗锋团队通过优化星载激光雷达的波形阈值，无需记录星上全波形数据，而是通过设定阈值判定激光脉冲渡越时间，进而解算高精度测距值。 波形阈值法的测距精度通常低于全波处理分析法，但是这种方式不依赖于星上硬件的采集、存储和通信。对于波形阈值法的测距方式，其阈值设置的合理性决定了激光测距精度的指标。团队基于星载激光雷达型号与噪声模型，剖析波形阈值与激光脉冲渡越时间的关系，通过推导阈值时刻方差的数学表达形式，构建激光测距误差估算理论模型。在考虑噪声和脉冲展宽效应的情况下，提出了基于脉冲回波形态动态阈值设置方法，减小有阈值设置所导致的测距误差，从而为提升星载激光雷达测距性能奠定理论基础。团队通过模拟仿真BELA激光雷达测距误差与波形阈值之间分布规律，对提升波形阈值法的激光测距精度具有一定的支撑作用。

                                                                                       图1激光测距误差随目标坡度和归一化波形阈值变化的分布