基于Xilinx XC2V3000芯片设计了一种应用于星载多通道快速激光三维成像雷达中的抗辐照增强型时间-数字转换(Time-to-Digital Converter, TDC)系统。单板2片FPGA内实现了16通道高精度时间间隔测量。采用了多延时链冗余结构，每个测时通道由3个物理测时链路组成，最后通过三模冗余增强抗单粒子翻转能力。并应用了通道均匀性校准修正技术，解决了多通道测时均匀性问题。实验结果表明，系统测时精度达到62.9 ps，通道一致性较好，满足激光雷达三维成像要求，同时该技术方案具有低功耗、轻量化等特点。

激光主动成像雷达与被动红外成像器相比，显著优势是能提供三维几何距离像，可获知视场内多目标的空间位置信息，这极大降低了多建筑物复杂场景目标提取算法的复杂度。利用自研的条纹管激光成像雷达，获取多组复杂场景激光图像。利用三种不同的阈值分割算法对激光距离像进行目标提取，并计算了每种算法的误分率。对于单一目标，误分率可达1.1%；对于整个场景的目标，平均误分率可达7.9%。实验结果表明，阈值分割算法能有效解决复杂场景激光距离像的目标提取问题，其中改进直方图法的误分率最小,可以为激光成像雷达的图像处理方面的工作起到一定的借鉴作用。

本文介绍了一种基于面阵探测器的凝视成像激光雷达系统。整个系统分为三部分, 第一部分是脉冲激光发射系统, 采用中心波长为 808 nm的半导体堆叠激光器作为光源; 第二部分是接收系统, 由成像物镜, 像增强器和面阵探测器组成。第三部分是计算机图像数据采集处理系统。系统使用分时的两次测量法, 先后用恒定增益和线性增益两种方式对接收到的光强进行调制, 由这两次测量得到的光强信息解调出距离信息。文章分析了系统的噪声特性, 对给定的系统参数用仿真软件估计了距离误差。实验表明, 系统的实际距离分辨力和仿真分析得到的距离分辨力相符。

为了确定成像激光雷达与摄像机两种不同传感器的相互位置参数，建立两者的一一映射关系，在现有激光雷达与摄像机外部参数标定方法的基础上，通过引入奇异值分解技术，对现有标定算法进行了改进。首先，介绍了改进标定算法的基本原理，采用奇异值分解方法求解超定方程组，得到成像激光雷达坐标系与摄像机坐标系之间的投影变换矩阵。为了降低噪声影响，使用非线性优化算法优化初值。然后，利用自制的立体标定靶进行了标定实验，并使用已标定出的结果对成像激光雷达图像和摄像机图像进行了融合实验来验证提出的标定算法。实验结果表明，该算法平均标定精度达到13.33 μm，标准差为7.49 μm，比原始算法提高了1倍，基本满足图像融合对标定精度的一般要求。

对于滤波算法,噪声抑制能力和边缘保持能力一直是考核其性能的两个重要指标。对于前者,通常都有相应的参数进行表征,而对于后者,通常却只能依靠人眼进行主观评判。根据标准边缘图像和待测边缘图像边缘点位置的相似性,定义了边缘相似度参数,用来表征滤波算法的边缘保持能力。将此参数应用于高斯噪声图像和椒盐噪声图像滤波算法的比较中,取得了预期的效果：此参数值准确地反映了各滤波算法的边缘保持能力。对激光雷达图像而言,散斑噪声滤波算法的边缘保持能力具有非常重要的意义,为此,将边缘相似度用于散斑噪声滤波算法的边缘保持能力比较,结果表明Lee滤波算法和增强Lee滤波算法具有较强的边缘保持能力,而常规的均值滤波和中值滤波边缘保持能力较差。

相干激光成像雷达距离像处理的一个重要内容就是进行背景抑制。利用原始强度像的均值信息进行距离像的背景抑制因为强度像受到噪声影响而效果不佳,改进算法加入了强度像的噪声滤除,大大提高了背景抑制能力。但是这种利用强度像均值的背景抑制算法要求目标区占有较大的面积,对于小目标图像其抑制效果变差。分析了强度像的直方图特征,提出了一种熵阈值分割抑制距离像背景算法,此算法将强度像的直方图划分为描述目标区像素和背景像素的两个概率分布,而将使这些概率分布熵最大的灰度值作为分割阈值。将此算法应用于实际图像处理,结果表明对于大目标图像和小目标图像都有较好的抑制效果。

介绍了激光成像雷达应用于制导系统中的优势,提出应用仿真技术辅助外差式激光成像雷达制导系统设计的方法.分析了激光成像雷达制导仿真系统的四个主要组成部分:光学部分、数据处理部分、通用库部分和稳定跟踪部分.结合不同环境、器件性能对系统的影响,具体分析各部分的模块并给出多种数学建模方案.最后指出该系统需要进一步完善的功能.

激光成像雷达是一种新型成像雷达,图像匹配处理机的使用是该雷达导航应用的先决条件之一.对激光成像雷达的图像匹配处理机进行分析,再进行设计.采用以高速DSP为主处理器,以大规模FPGA为处理器的图像匹配处理机的硬件方案.该方案计算能力强大且可扩展性强,通信接口多样可靠,算法软件实现可灵活修改.实验结果表明,该系统具有高实时性、高数据吞吐率、高可靠性、结构灵活的特点,为激光成像雷达在图像匹配导航中的应用研究提供了强大的处理平台.

在激光成像雷达系统中研制显示平台,介绍了显示平台的设计、组成及软件流程,采用Visual C++6.0在Window系统下显示目标的强度像和距离像.在此基础上,实现了图像的灰度级变换,得到了同一图像在不同灰度分级下的不同显示,还为显示平台增加了目标距离预值选取和图像数据存储功能,通过在激光雷达中实验表明,达到激光成像雷达成像需求.

飞行器前视激光雷达通过测距得到前方三维距离像,由三维距离像可以获得飞行器前面障碍物的形状、高度、宽度等信息,从而为飞行器进行地形跟踪和障碍物回避提供依据.文中根据激光成像雷达原理,推导了激光雷达前视成像方程.在三维地形图上,由前视成像方程仿真得到激光雷达前视三维距离像.在三维距离像上提出了障碍物信息提取方法,并在三维地形图上进行了前视成像仿真实验和障碍物信息提取实验.