[發(fā)明專利]一種面向水深提取的光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)濾波算法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010081826.0
• 申請(qǐng)日: 2020-02-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111277243A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樂(lè)源;諶一夫;王力哲;劉鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): H03H21/00
• 分類號(hào): H03H21/00
• 代理公司: 北京紐樂(lè)康知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11210
• 代理人: 蘇泳生

本發(fā)明公開(kāi)了一種面向水深提取的光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)濾波算法，包括如下步驟：S1：自適應(yīng)獲取水面光子信號(hào)橢圓密度濾波參數(shù)，并根據(jù)水面光子信號(hào)橢圓密度濾波參數(shù)得到水下光子信號(hào)橢圓密度濾波參數(shù)；S2：確定水下光子信號(hào)濾波參數(shù)與光子信號(hào)高程值的關(guān)系；S3：對(duì)水面光子信號(hào)與水下光子信號(hào)進(jìn)行濾波以及提取，獲取連續(xù)的水深提取結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模型算法技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種面向水深提取的光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)濾波算法。

背景技術(shù)

光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)是近年來(lái)發(fā)展出來(lái)的新型激光探測(cè)技術(shù)，相比傳統(tǒng)的激光雷達(dá)，光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)具有更高的脈沖發(fā)射重復(fù)頻率，并采用極高靈敏度的接受器件，將傳統(tǒng)的器件接受數(shù)百甚至數(shù)千光子的回波包絡(luò)幅值探測(cè)轉(zhuǎn)化為對(duì)單個(gè)光子的探測(cè)，因此具有距離遠(yuǎn)、高重頻、高效率、輕量化等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)克服了傳統(tǒng)激光器體積大、質(zhì)量大、可靠性低，以及脈沖能量和重復(fù)頻率之間矛盾等問(wèn)題。光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)在設(shè)計(jì)思想和數(shù)據(jù)處理方法上有較大區(qū)別。獲取有效信號(hào)時(shí)，它不再專注于用高能量發(fā)射獲取高信噪比的波形，而是注重利用有限的資源，充分利用回波信號(hào)中的每一個(gè)光子。通過(guò)改進(jìn)數(shù)據(jù)處理的方法，在低信噪比的信號(hào)中也能做到有效信號(hào)的提取。基于光子計(jì)數(shù)探測(cè)的激光測(cè)高技術(shù)已然成為一種激光探測(cè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和方向。

當(dāng)前的諸多研究表明，光子計(jì)數(shù)雷達(dá)具有一定的水深探測(cè)能力，但當(dāng)光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)區(qū)域?yàn)樗w時(shí)，激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)會(huì)呈現(xiàn)與陸地探測(cè)數(shù)據(jù)不同的特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有針對(duì)光子數(shù)據(jù)在水深提取方面的研究，因此傳統(tǒng)的算法在處理水體數(shù)據(jù)時(shí)濾波效果不佳，無(wú)法有效將水面與水底光子信號(hào)同時(shí)提取并計(jì)算水深。

針對(duì)光子計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)處理存在的問(wèn)題，目前并未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種面向水深提取的光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)濾波算法，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種面向水深提取的光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)自適應(yīng)濾波算法，包括如下步驟：

S1：自適應(yīng)獲取水面光子信號(hào)橢圓密度濾波參數(shù)，并根據(jù)水面光子信號(hào)橢圓密度濾波參數(shù)得到水下光子信號(hào)橢圓密度濾波參數(shù)；

S2：確定水下光子信號(hào)濾波參數(shù)與光子信號(hào)高程值的關(guān)系；

S3：對(duì)水面光子信號(hào)與水下光子信號(hào)進(jìn)行濾波以及提取，獲取連續(xù)的水深提取結(jié)果。

進(jìn)一步的，所述步驟S1中，自適應(yīng)獲取水面光子信號(hào)橢圓密度濾波參數(shù)的步驟包括：

S11：獲取光子計(jì)數(shù)激光雷達(dá)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)P：

P＝(D_i，H_i)，i∈[1，N_p]，

其中，D_i為每一個(gè)光子信號(hào)的沿軌距離，H_i為每一個(gè)光子信號(hào)的高程，N_p為原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含的光子數(shù)量；

S12：以Δh為高程方向切片間隔，將原始數(shù)據(jù)在高程方向切分為m個(gè)單元：

S13：對(duì)于S2中切分的m個(gè)切片單元，統(tǒng)計(jì)每個(gè)切片單元中的光子信號(hào)數(shù)量x_j：

其中，h_i為每個(gè)高程切片中心高程，x_j為切片單元中的光子信號(hào)數(shù)量；

S14：利用正態(tài)分布曲線對(duì)S2中高程切片中心高程h_i與切片單元中的光子信號(hào)數(shù)量x_j之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到擬合關(guān)系f(x)為：