[發明專利]一種對激光雷達波形數據進行高斯回波分解的方法

有效

• 申請號: 201310597059.9
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN104062642A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 董立新
• 申請（專利權）人: 董立新
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及遙感技術和測繪學，具體涉及一種對激光雷達波形數據進行高斯回波分解的方法。

背景技術

激光雷達作為采用光電探測技術手段的主動遙感設備，以其高分辨率的特點廣泛應用于林業、測繪學等領域。例如GLAS（Geoscience Laser Altimeter System，地球科學激光測高儀系統）是搭載于美國2003年發射的科學試驗衛星ICEsat上的第一臺星載激光雷達傳感器，能連續獲取大氣和地面的回波數據。其中的數字化儀記錄從衛星到地表765km范圍內的回波信號（時間-信號強度曲線），經過濾波與分析可提取發射脈沖與表面回波。其1064nm波段回波數據可提取的如樹高等植被垂直結構信息，透過該類數據可以更好地評價全球植被生物量和碳循環。研究者將激光雷達回波用數學形式表達為數個高斯函數的疊加加上一個估計偏差，每個高斯函數分量的波峰位置對應一個高度信息。從而對于高度信息的提取的首要步驟就是對激光雷達波形數據進行高斯回波分解，也可稱為對激光雷達波形數據的處理。

現有的激光雷達波形數據處理方案中，主要以理論計算、非線性擬合為主，來求解各高斯分量的最佳擬合參數。有研究小組對該方法中的權重與誤差估計進行了改進，獲得了比較好的處理結果。

但是在實際的激光雷達數據中，波形曲線并沒有具體的函數表達式；且由于該數據受到多種外界因素的影響，理論計算函數表達式存在計算量大且誤差大的缺點。上述研究小組的處理方案中算法以理論計算為主，計算復雜，而且在實際算法的執行步驟中對波峰和波谷有判斷錯誤的現象。

發明內容

（一）解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供一種對激光雷達波形數據進行高斯回波分解的方法，實現了對激光雷達波形數據的快速精確處理。

（二）技術方案

一種對激光雷達波形數據進行高斯回波分解的的方法，其特征在于包括以下步驟：

利用拐點關于附近曲線的切線為內點或外點的性質在所述波形數據的有效數據區間中快速查找出所有的拐點；

去除由于數值波動誤判為拐點的數據點；

利用奇偶相鄰的兩個拐點得到波形數據中的若干個高斯波峰；

將所得的高斯波峰處理至符合要求的高斯回波分解結果。

較佳地，所述利用拐點關于附近曲線的切線為內點或外點的性質所述波形數據的有效數據區間中快速查找出所有的拐點步驟包括：根據波形形狀在所述波形數據中估計一個有效數據區間；對該區間內的每個點，找到以該點為第三個點的連續四個數據點；判斷該點是否滿足條件：該點為第一、二個點所在直線的內點且第四個點為第二個點和該點所在直線的外點，或者，該點為第一、二個點所在直線的外點且第四個點為第二個點和該點所在直線的內點；若滿足此條件則判定該點為拐點。

較佳地，所述去除由于數值波動誤判為拐點的數據點步驟包括：當拐點縱坐標比相鄰兩點的縱坐標都大或都小時，判定該拐點為由于數值波動誤判為拐點的數據點，并將其進行去除。

較佳地，所述利用奇偶相鄰的兩個拐點得到波形數據中的若干個高斯波峰步驟包括：利用奇偶相鄰的兩個拐點估計其間可能存在的波峰在高斯函數形式下的各個關鍵參數的初始值；根據波峰的性質對所有可能存在的波峰進行篩選，得到若干個高斯波峰。

較佳地，所述根據波峰的性質對所有可能存在的波峰進行篩選步驟包括：判斷峰值點是否與兩拐點之一重疊，若是則舍棄該峰值點，然后判斷與峰值點相鄰的兩點的縱坐標的值是否都小于峰值點縱坐標的值，若不是則舍棄該峰值點。

較佳地，在所有所述步驟之前，進一步包括對激光雷達波形數據進行降噪處理。

較佳地，所述降噪處理包括通過高斯濾波器對激光雷達波形數據點進行低通濾波。

較佳地，所述降噪處理進一步包括基于直方圖對濾波后的波形數據進行背景噪聲估計。

較佳地，所述將所得的高斯波峰處理至符合要求的高斯回波分解結果步驟包括對高斯波峰進行合并和將其相對于平滑濾波函數進行擬合。

較佳地，所述對其相對于平滑濾波函數進行擬合的方法為Lenvenberg-Marquardt非線性擬合方法。

（三）有益效果

本發明至少具有如下的有益效果：