大氣遙感激光雷達(dá)信號處理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于在連續(xù)探測、測量精度、時空分辨率等方面的巨大優(yōu)勢，激光雷達(dá)已成為大氣遙感探測領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在激光雷達(dá)大氣遙感的實(shí)際探測中出現(xiàn)的回波信號動態(tài)范圍大、信噪比低等限制了激光雷達(dá)系統(tǒng)探測距離和信號質(zhì)量的問題。本文對激光雷達(dá)雙通道數(shù)據(jù)拼接技術(shù)和基于光子計數(shù)探測數(shù)據(jù)的降噪反演進(jìn)行了探索和研究，提高了激光雷達(dá)的探測距離和信號質(zhì)量。
　　由于激光雷達(dá)發(fā)射激光與大氣作用后的回波信號與距離的平方呈反比，回波信號中低空邊界層的信號非常強(qiáng)，而更高層

2、的對流層、平流層由于探測距離增加信號將逐漸減弱以致無法探測，激光雷達(dá)雙通道數(shù)據(jù)拼接技術(shù)可以有效解決前述問題。
　　本文提出了一種基于快速非支配排序算法(NSGA-Ⅱ)和鄰域粗糙集理論(NRS)的激光雷達(dá)雙通道數(shù)據(jù)拼接算法。該算法設(shè)計了對擬合區(qū)域進(jìn)行評價的3個函數(shù)，并通過NRS訓(xùn)練樣本得到權(quán)重系數(shù)，再利用NSGA-Ⅱ進(jìn)行全局隨機(jī)搜索后線性加權(quán)選擇出最優(yōu)擬合區(qū)域。該技術(shù)能夠改善探測器探測距離與動態(tài)范圍有限的問題，并實(shí)現(xiàn)對自適應(yīng)數(shù)據(jù)拼接

3、，獲得了穩(wěn)定良好的大動態(tài)范圍的拼接信號。
　　由于大氣回波信號較為微弱，而陽光背景噪聲、激光雷達(dá)系統(tǒng)散射和電路噪聲會進(jìn)一步污染原始信號，如何抑制背景噪聲提高信號信噪比，對于1064nm的高光譜分辨率激光雷達(dá)尤為顯得需要。
　　本文對降噪反演技術(shù)進(jìn)行了研究，利用全變分懲罰似然概率估計算法實(shí)現(xiàn)了對基于光子計數(shù)探測數(shù)據(jù)的降噪反演。該算法利用光子計數(shù)數(shù)據(jù)里的噪聲良好符合泊松分布的特點(diǎn)，采用最大似然概率的思想達(dá)到信號還原。并且該算法加

4、入全變分懲罰機(jī)制防止異常解對算法的破壞，使用迭代與訓(xùn)練選擇最優(yōu)懲罰權(quán)重的方法獲得最終降噪信號。
　　最后，對上述兩種方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對雙通道數(shù)據(jù)拼接算法進(jìn)行了單廓線實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化選擇以及過程進(jìn)行了介紹，并對單廓線拼接進(jìn)行了穩(wěn)定性測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明拼接效果良好，并且重復(fù)實(shí)驗(yàn)的誤差小于0.04％。在全天性的數(shù)據(jù)拼接實(shí)驗(yàn)中，和已有算法進(jìn)行了對比，拼接結(jié)果在三個評價函數(shù)表現(xiàn)更加穩(wěn)定良好。進(jìn)行了降噪實(shí)驗(yàn)，分別利用脈沖累積平均、移動