自适应窗宽梯形质心算法在高精度脉冲激光雷达测距与强度成像中的应用

《Remote Sensing》：Adaptive Window-Width Trapezoidal Centroid Algorithm for High-Precision Pulsed LiDAR Ranging and Intensity Imaging

　　

摘要

传统的脉冲式激光雷达全波形质心算法依赖于矩形积分和固定窗口，这会导致对称回波脉冲的定时误差，并且对不同的脉冲形状适应性较差。本文提出了一种自适应窗口宽度的梯形质心算法（AWTWCA），它用梯形积分替代了矩形积分，并根据上升沿半幅间隔动态确定最佳窗口。在多种回波条件下的仿真表明，AWTWCA 的平均绝对误差始终低于矩形积分和固定窗口梯形积分方法。在 MEMS 激光雷达系统上的实验进一步验证了其鲁棒性：在低反射率和雪崩光电二极管（APD）饱和条件下，定时误差保持在 0.2 纳秒以下，检测成功率超过 99%，显著优于固定窗口算法。该算法同时生成距离和强度点云，能够清晰地区分相同距离下具有不同反射率的目标。由于其计算复杂度与传统方法几乎相同，AWTWCA 为复杂环境中的高精度激光雷达信号处理提供了一种适合硬件的解决方案。