硕 士 学 位 论 文3-D 激光雷达目标检测和被动成像方位估计初步研究TARGET DETECTION OF THREE-DIMENSIONALLASER RADAR AND POSE ESTIMATION OFPASSIVE IMAGES王 海 霞哈 尔 滨 工 业 大 学2006 年 6 月图 书 分 类 号 ： TN957.51国 际 图 书 分 类 号 : 621.396.969工 学 硕 士 学 位 论 文3-D 激光雷达目标检测和被动成像方位估计初步研究硕 士 研 究 生 ： 王 海 霞导 师 ： 李 琦 副 研 究 员申 请 学 位 级 别 ： 工 学 硕 士学 科 、 专 业 ： 物 理 电 子 学所 在 单 位 ： 光 电 子 信 息 科 学 与 技 术 系答 辩 日 期： 2006 年 6 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index： TN957.51U.D.C.: 621.396.969Dissertation for the Master Degree in EngineeringTARGET DETECTION OFTHREE-DIMENSIONAL LASER RADARAND POSE ESTIMATION OF PASSIVEIMAGESCandidate： Wang HaixiaSupervisor： Associate Prof. Li QiAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpecialty： Physical-ElectronicsDept. of Photo-ElectronicAffiliation： Information Science andTechnologyDate of Defence： June， 2006Degree-Conferring-Institution:： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文摘 要大 量 的 军 用 和 民 用 需 要 识 别 位 于 未 知 场 景 中 静 止 或 运 动 的 目 标 ， 可 以 利用 多 种 传 感 器 来 进 行 目 标 识 别 ， 如 ： 3-D 激 光 雷 达 、 视 频 传 感 器 、 前 视 被 动红 外 系 统 等 等 。 前 视 被 动 红 外 传 感 器 较 激 光 成 像 雷 达 作 用 距 离 远 ， 且 因 是 被动 系 统 ， 所 以 工 作 时 不 会 暴 露 自 身 的 位 置 ， 但 其 抗 干 扰 能 力 差 、 图 像 不 稳定 ， 而 且 探 测 虚 警 概 率 高 。 激 光 成 像 雷 达 能 成 距 离 像 和 强 度 像 ， 可 以 很 好 地完 成 目 标 辨 认 任 务 ， 但 其 缺 点 是 作 用 距 离 较 近 。本 文 主 要 针 对 3-D 激 光 雷 达 主 动 成 像 的 目 标 检 测 和 目 标 方 位 角 估 计 进行 理 论 研 究 和 计 算 机 仿 真 ， 着 重 阐 述 了 3-D 激 光 雷 达 主 动 成 像 的 目 标 检 测理 论 和 基 于 李 群 的 希 尔 伯 特 -施 密 特 界 （ HSB） 理 论 。首 先 对 3-D 脉 冲 相 干 成 像 激 光 雷 达 系 统 作 了 简 单 的 介 绍 ， 并 且 给 出 了针 对 该 激 光 雷 达 系 统 进 行 的 理 论 分 析 ， 给 出 了 被 动 红 外 成 像 单 像 素 统 计 模型 。 然 后 给 出 了 3-D 脉 冲 相 干 激 光 雷 达 距 离 像 的 仿 真 思 路 ， 利 用MATLAB， 计 算 了 对 目 标 的 大 小 、 载 噪 比 、 距 离 分 辨 率 分 别 取 不 同 的 值 时的 探 测 概 率 的 变 化 ， 并 给 出 了 各 个 参 数 和 探 测 概 率 的 关 系 曲 线 。其 次 对 希 尔 伯 特 -施 密 特 界 进 行 了 介 绍 ， 主 要 集 中 在 自 动 识 别 系 统 中 的目 标 可 变 形 模 板 的 表 达 方 式 和 群 作 用 的 表 示 方 法 上 。 在 这 种 框 架 中 ， 利 用 李群 来 表 示 旋 转 空 间 ， 然 后 基 于 贝 叶 斯 估 计 结 构 ， 计 算 了 利 用 李 群 的 表 示 的 最小 均 方 误 差 估 计 性 能 界 限 。 对 文 献 中 已 给 的 目 标 方 位 角 的 最 小 均 方 误 差 表 达式 进 行 了 推 导 ， 并 且 给 出 了 方 位 角 的 最 小 均 方 误 差 和 噪 声 偏 差 之 间 的 关 系 。最 后 ， 计 算 了 简 单 情 况 下 关 于 目 标 方 位 角 的 希 尔 伯 特 -施 密 特 界 ， 并 给 出 了方 差 和 HSB 之 间 的 关 系 曲 线 。关 键 词 激 光 雷 达 ； 前 视 红 外 ； 李 群 ； 希 尔 伯 特 -施 密 特 界-I-哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文AbstractAvariety of civilian and military applications require recognizing stationaryor moving objects, situated in unknown surroundings, using standard sensorssuch as three-dimensional laser radar 、 video sensor and forward-lookinginfrared sensors. The range value of the Forward-looking infrared sensors isfather than laser radar. But a Forward-looking infrared sensor is a passive system,so its position can easily be discovered, the image is very instability and the falsealarm probability is very high. Laser radar can present range image and intensityimage, so it can accomplish the detection mission, but it also have flaw, thefunction of the range is very near.This paper aim at the theory and computer emulator of detecting object thatuse three-dimensional laser radar and the estimation of objects pose. Andemphasize the theory of three-dimensional laser radar and Hilbert-SchmidtBounds (HSB) for estimators on matrix Lie groups.First this paper introduces a three-dimensional laser radar and analyses thelaser radar system, then introduces the forward-looking infrared (FLIR) systemand its single pixel statistics. Then give the emulator thought of the three-dimensional laser radar range image. Using MATLAB calculate the relationbetween the objects cross section、 carrier-to noise ratio、 the range resolutionand probability of detection, then paint relation curve of the parameters and theprobability of detection.Secondly, this paper introduces the Hilbert-Schmidt Bounds (HSB) andmostly focuses on the express fashion of formable objects template and expressfashion of matrix Lie group of automatic target recognition (ATR) system. Uponthis frame, use matrix Lie group to express the rotation space, then base onBayesian estimation framework, calculate the minimum mean squared errorbounds which use the matrix Lie groups. Extend the expressions of the minimummean squared error bounds of the references, and give the relations of theminimum mean squared error bounds of pose angle and noise standard deviation.In the end, calculate minimum mean squared error bounds which use the matrixLie groups to express the objects orientation in the simple instance, and paint- II -哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文relation curve of noise standard deviation and Hilbert-Schmidt Bounds (HSB).Keywords laser radar; forward looking infrared; Lie Groups; Hilbert-SchmidtBounds- III -哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文目录摘 要 . IAbstract . II第 1 章 绪 论 .