Skip to main content
SUPERVISOR
Ali-Mohamad Doost-Hoseini,Masoud Omoomi
علی محمد دوست حسینی (استاد راهنما) مسعود عمومی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hasan Hajati
حسن حاجاتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Time of Arrival Estimation of Returned Lidar Pulses
One of the important issues in laser radar (Lidar) systems that work based on photon counting photodetectors is the time of arrival (delay) estimation of received optical pulses. It has been a significant research concept from the early days using these detectors. Based upon previous works it seems that further studies in two aspects are reasonable. First,although finding error bounds is necessary, it is insufficient to design practical estimators; therefore finding practical manners toachievedesirable estimates is necessary. Second, we must try to adjust estimationconditions to real environments. In this thesis, we present the maximum likelihood (ML) delay estimation formulation by assuming received Gaussian optical pulse and considering detector dead time under no-background condition. We examine three approximation techniques to solve this equation. Becauseour focus lies on long-range laser radars, we use appropriate delay values according to this system’s operation ranges. Furthermore we consider intuitive “mean” and “count rate based” methods. Simulation results verify that these intuitive methods show success in some complex, such as inno-background noise, conditions when our ML approximation methods fail to work successfully. We also identify the suitable method for each delayaccording to the pulse widths. Background noise and detector jitter effects are considered next. At first we neglect the background noise eventsoutside signal duration, and later by considering the symmetric exterior to the background noise events distribution around the actual delay. Due to undesirable results that were attained from previous solutions in nonsymmetrical background noise events distribution, we apply a new track type ad hoc method to overcome thisproblem. Simulation results show that this method can be successful inthis case. Finally in a different attitude, we propose a new technique for detecting significant delay variations. Simulation results show thatourproposed algorithm can detect delay variations that are greater than or equal to 1.5 times the primary delay. Keywords: 1-Lidar 2-dead time 3-background noise 4-photon counting photodetector 5-jitter
یکی از مسائل مهم در رادارهای لیزری (لیدارهای) مبتنی بر آشکارسازهای نوری شمارش فوتونی، برآورد زمان ورود (تأخیر) پالس نوری دریافت شده به گیرنده است؛ موضوعی که از زمان استفاده از این نوع آشکارسازها موردتوجه محققان این حوزه بوده است. تاکنون بررسی‌های گوناگونی روی این موضوع انجام شده است. با مرور کارهای قبلی ادامه‌‌ی بررسی در دو حوزه مناسب می‌نماید. نخست آن‌که صرفاً به پیداکردن باند خطا اکتفا نشود و راهکاری عملی برای برآورد مذکور پیشنهاد شود. ثانیاً در محاسبه‌ی پارامتر یادشدهحتی‌الامکان شرایط برآورد به واقعیت نزدیک شود. این پایان‌نامه با فرض شکل موج گوسی برای پالس دریافتی ابتدا به اصلاح روابط برآورد حداکثر درست‌نمایی تأخیر با لحاظ اثر زمان مرده‌ی آشکارساز در حالت بدون نویز پس‌زمینه می‌پردازد. پس از به دست آوردن رابطه‌ی برآورد حداکثر درست‌نمایی، سه روش تقریبی را برای حل این معادله مورد بررسی قرار می‌دهیم. از آن‌جا که تمرکز پایان‌نامه معطوف به لیدارهای برد بلند است، در شبیه‌سازی‌ها از مقادیر واقعی تأخیر متناسب با محدوده‌ی عملکرد این دسته فاصله‌یاب‌هااستفاده شده است. پس از تحلیل برآورد حداکثر درست‌نمایی، دو روش میانگین‌گیری و روش مبتنی بر شیوه‌ی نرخ شمارش که مبنای شهودی دارند مورد تحلیل قرارگرفته‌اند. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد این دو شیوه باوجود مبنای شهودی می‌توانند در حالت‌های پیچیده‌ای که برخی از روش‌های مبتنی بر برآورد حداکثر درست‌نمایی قابل اعمال نیستند موفق عمل کنند و حتی در حالت بدون نویز در برخی موارد از روش‌های مبتنی بر برآورد حداکثر درست‌نمایی با منجر شدن به خطای کمتر،عملکرد بهتری از خود نشان دهند. درنهایت برای هر یک از مقادیر تأخیر مورد بررسی به ارائه‌ی بهترین روش محاسبه‌ی برآورد با توجه به پهنای پالس مورد استفاده می‌پردازیم. در گام بعدی اثر نویز پس‌زمینه و لرزش آشکارساز را به اثر زمان مرده اضافه کرده و با تکرار تحلیل‌های قبلی با در نظر گرفتن همزمان هر سه پارامتر غیر ایده‌آلی برای هر محدوده از تأخیر، روش و مقدار پهنای پالس مناسب را ابتدا با صرف‌نظراز رخدادهای نویز خارج از کرسی سیگنال و سپس با فرض رخدادهای نویز متقارن حول مقدار واقعی تأخیر و خارج از کرسی سیگنال معرفی نموده‌ایم.ازآن‌جاییکههیچ‌یک از روش‌های قبلی در حالت توزیع غیرمتقارن رخدادهای نویز خارج از کرسی سیگنال موفق نیست برای این حالت یک روش ردگیری مانندِ برآورد تأخیر ارائه شد که نتایج شبیه‌سازی‌ها عملکرد مطلوب این روش را نشان می‌دهد. در پایان در یک رویکرد متفاوت با استفاده از فیلترهای وفقی به آشکارسازی جهش‌های محسوس در تأخیر پرداخته‌ایم که نتایج شبیه‌سازیاستفاده‌ی موفقی از فیلتر وفقیRLS را برای نیل به هدف یادشده به نمایش می‌گذاردبه‌طوری‌که الگوریتم ارائه‌شده موفق به آشکارسازی تغییرات بزرگ‌تر یا مساوی با یک ونیم برابر مقدار اولیه‌ی تأخیر شده است. کلمات کلیدی : 1- لیدار 2- زمان مرده 3- نویز پس‌زمینه 4- آشکارساز نوری شمارش فوتونی 5- لرزش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی